JP7480397B2 - Quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution - Google Patents
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Description
本発明は、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液、およびその製造方法に関する。より具体的には、本発明は保存安定性に優れた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液、およびその製造方法に関する。また、本発明は、半導体ウエハ・素子の洗浄に適した、金属不純物を低減した次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液、およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution and a method for producing the same. More specifically, the present invention relates to a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with excellent storage stability and a method for producing the same. The present invention also relates to a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with reduced metal impurities that is suitable for cleaning semiconductor wafers and elements, and a method for producing the same.
近年、半導体素子のデザインルールの微細化が進み、半導体素子製造工程における不純物管理に対する要求がより厳しくなっている。半導体素子の製造工程で発生する不純物は、製造工程毎に異なるため、製造工程毎に汚染源を特定し、さらに、その汚染源となる不純物の濃度を管理することが重要である。 In recent years, design rules for semiconductor elements have become increasingly finer, leading to stricter requirements for impurity management in the semiconductor element manufacturing process. Because the impurities generated in the semiconductor element manufacturing process differ for each manufacturing process, it is important to identify the source of contamination for each manufacturing process and to manage the concentration of the impurities that are the source of contamination.
また、半導体素子の製造効率を向上させるために、300ミリを超える大口径の半導体ウエハが使用されている。大口径の半導体ウエハでは、電子デバイスが作製されない端面部や裏面部の面積が小口径の半導体ウエハと比較して大きい。そのため、金属配線を形成する工程やバリアメタルを形成する工程において、半導体素子を形成する半導体ウエハ表面部だけでなく、端面部や裏面部などにも金属配線材料やバリアメタル材料(以下、まとめて「金属材料等」とする場合もある)が付着し易くなる。その結果、大口径の半導体ウエハでは小口径のウエハに比べ、端面部や裏面部に付着する余剰の金属材料等の量が増加している。 In addition, large-diameter semiconductor wafers exceeding 300 mm are being used to improve the manufacturing efficiency of semiconductor elements. In large-diameter semiconductor wafers, the area of the end faces and back faces where electronic devices are not fabricated is larger than that of small-diameter semiconductor wafers. Therefore, in the process of forming metal wiring and the process of forming barrier metal, metal wiring material and barrier metal material (hereinafter sometimes collectively referred to as "metal materials, etc.") are likely to adhere not only to the surface of the semiconductor wafer where the semiconductor elements are formed, but also to the end faces and back faces. As a result, the amount of excess metal materials, etc. adhering to the end faces and back faces of large-diameter semiconductor wafers is greater than that of small-diameter wafers.
半導体ウエハの端面部や裏面部に付着した余剰の金属材料等は、金属配線やバリアメタル形成後の工程である酸素によるアッシング工程やプラズマによるドライエッチング工程において、金属、もしくは金属酸化物のパーティクルとして製造装置内を汚染し、クロスコンタミネーションの原因となる。そのため、端面部や裏面部に付着した金属材料等は、次工程に持ち込む前に除去する必要があった。 Excess metal materials adhering to the edge or back surface of semiconductor wafers can contaminate the manufacturing equipment as metal or metal oxide particles during the oxygen ashing process or plasma dry etching process, which are processes that follow the formation of metal wiring and barrier metal, and can cause cross-contamination. For this reason, metal materials adhering to the edge or back surface needed to be removed before being brought into the next process.
これら金属材料等の中でも、白金、及びルテニウムに代表される貴金属類は、その後のエッチング工程や洗浄工程では酸化、溶解、除去され難くい。そのため、これら貴金属類は、他の金属材料よりも優先して半導体ウエハから除去することが好ましい。特に、ルテニウムは、配線材料に銅を使用した場合よりも抵抗値を低減可能という理由で、半導体素子のデザインルールが10nm以下の配線材料として多用されているため、不要な箇所から素早く除去することが望まれている。 Among these metal materials, precious metals such as platinum and ruthenium are difficult to oxidize, dissolve, and remove in the subsequent etching and cleaning processes. For this reason, it is preferable to remove these precious metals from the semiconductor wafer in preference to other metal materials. Ruthenium in particular is widely used as a wiring material for semiconductor device design rules of 10 nm or less because it can reduce resistance more than copper is used as a wiring material, and it is therefore desirable to remove it quickly from unnecessary areas.
一般的に半導体ウエハの洗浄液として、酸化力が高い次亜塩素酸塩を利用した洗浄方法が提案されている。具体的には、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を使用した方法が提案されている(特許文献1、2参照)。 Generally, a cleaning method using hypochlorite, which has a high oxidizing power, has been proposed as a cleaning solution for semiconductor wafers. Specifically, a method using an aqueous solution of sodium hypochlorite has been proposed (see Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、次亜塩素酸ナトリウム水溶液を洗浄液として使用する方法では、必然的に該洗浄液に含まれるナトリウムイオンが多くなる。その結果、半導体ウエハ等にナトリウムイオンが付着し易くなり、半導体の生産効率が低下するおそれがあった。 However, when using an aqueous solution of sodium hypochlorite as a cleaning solution, the cleaning solution inevitably contains a large amount of sodium ions. As a result, sodium ions tend to adhere to semiconductor wafers and the like, which may reduce the efficiency of semiconductor production.
これに対して、ナトリウムを必須成分としない次亜塩素酸溶液(特許文献3参照)、または次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム水溶液(特許文献4参照)を使用した洗浄液の開発も行われている。 In response to this, development has also been carried out of cleaning solutions that use hypochlorous acid solutions that do not contain sodium as an essential component (see Patent Document 3) or aqueous solutions of quaternary alkyl ammonium hypochlorite (see Patent Document 4).
しかしながら、これら次亜塩素酸を使用した洗浄液(特許文献3参照)は、金属膜や金属酸化物膜を備えた基板の洗浄に使用されるものであり、特に貴金属の除去を目的としているものではない。そのため、貴金属等の金属/金属酸化物膜の洗浄には適していない。 However, these cleaning solutions using hypochlorous acid (see Patent Document 3) are used to clean substrates with metal or metal oxide films, and are not specifically intended to remove precious metals. Therefore, they are not suitable for cleaning metal/metal oxide films such as precious metals.
一方、特許文献4に記載された次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を含む洗浄液も、フォトレジストや残渣の洗浄のために使用される洗浄液であり、ルテニウムを含む銅やアルミニウムの金属被覆は洗浄対象としていない。具体的に実施例においては、金属膜がエッチングされ難いことが示されている。 On the other hand, the cleaning solution containing the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution described in Patent Document 4 is also a cleaning solution used to clean photoresist and residues, and is not intended to clean metal coatings such as copper and aluminum containing ruthenium. Specifically, the examples show that the metal film is difficult to etch.
特許文献4の水酸化テトラメチルアンモニウム溶液は、保存安定性が必ずしも満足のいくものではない。すなわち、酸化作用を発揮する次亜塩素酸イオンの経時的減少によって、所望の洗浄性能が発揮されていないことが、本発明者らの検討によって明らかとなった。 The storage stability of the tetramethylammonium hydroxide solution in Patent Document 4 is not necessarily satisfactory. In other words, the inventors' investigations have revealed that the desired cleaning performance is not achieved due to the decrease over time of hypochlorite ions, which exert an oxidizing effect.
また、特許文献4には利用可能なハロゲンのレベルを維持するために、例えば、トリアゾール、チアゾール、テトラゾールおよびイミダゾールを安定化剤として、洗浄組成物に添加することが開示されている。 Patent document 4 also discloses that, for example, triazoles, thiazoles, tetrazoles and imidazoles are added to the cleaning composition as stabilizers to maintain the level of available halogens.
しかしながら、安定化剤を添加することで、洗浄後に有機物の残渣として残存しやすく、半導体素子の歩留まり低下を引き起こす。また、安定化剤は、特定の金属、例えば、トリアゾールであれば銅に吸着しやすく、銅を洗浄する能力を低下させることもある。 However, the addition of stabilizers tends to leave organic residue after cleaning, which can lead to reduced yields of semiconductor devices. Stabilizers also tend to adsorb to certain metals, such as triazole, copper, which can reduce their ability to clean copper.
したがって、本発明の第1の目的は、安定化剤を添加せずとも、次亜塩素酸イオン濃度の経時変化が少なく、保存安定性に優れた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法を提供することにある。 Therefore, the first object of the present invention is to provide a method for producing a quaternary alkylammonium hypochlorite solution that exhibits little change in hypochlorite ion concentration over time and has excellent storage stability even without the addition of a stabilizer.
また、特許文献4に記載された次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を含む洗浄液は、上記の通り、フォトレジスト・残渣を除去することを目的としている。このため、例えば、洗浄液中のナトリウム、アルミニウム、および/またはカリウム等の金属含量を低減することは考慮されていない。洗浄液に含まれる金属含量が少ない方が半導体素子の生産効率を向上できるものと考えられる。 The cleaning solution containing the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution described in Patent Document 4 is intended to remove photoresist residues, as described above. For this reason, no consideration is given to reducing the metal content of, for example, sodium, aluminum, and/or potassium in the cleaning solution. It is believed that a cleaning solution with a lower metal content can improve the production efficiency of semiconductor elements.
したがって、本発明の第2の目的は、半導体素子を製造する工程に使用される、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液において、金属含量が低減された溶液、およびその製造方法を提供することにある。 Therefore, the second object of the present invention is to provide a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with a reduced metal content for use in the process of manufacturing semiconductor devices, and a method for producing the same.
本発明者らは、上記第1の目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、反応中の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが管理されていないため、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液中に存在する次亜塩素酸イオン濃度が低下し、洗浄、除去力が低下することを見出した。 The present inventors have conducted extensive research to achieve the first objective. They have discovered that because the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is not controlled during the reaction, the concentration of hypochlorite ions present in the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution decreases, resulting in a decrease in cleaning and removing power.
すなわち、反応工程における次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHによって、次亜塩素酸イオン濃度が大きく変化する。そこで、反応工程のpHの変動要因をさらに検討した結果、反応工程の気相部の二酸化炭素が反応液に吸収され、反応液のpHが大きく変動しており、反応工程の気相部の二酸化炭素濃度を制御することで、安定化剤を添加せずとも、保存安定性が高い次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造できることを見出した。 In other words, the concentration of hypochlorite ions changes significantly depending on the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution in the reaction process. As a result of further investigation into the factors that cause the pH to fluctuate in the reaction process, it was found that carbon dioxide in the gas phase of the reaction process is absorbed into the reaction liquid, causing the pH of the reaction liquid to fluctuate significantly, and that by controlling the carbon dioxide concentration in the gas phase of the reaction process, a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with high storage stability can be produced without adding a stabilizer.
また、上記知見に基づきさらに検討を続けたところ、酸化剤、洗浄剤として、好適に使用できる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、安定化剤を添加せずとも次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHを調整することによって、保存安定性のさらなる向上が図れることを見出した。 Further investigations based on the above findings led to the discovery that the storage stability of a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, which can be suitably used as an oxidizing agent and cleaning agent, can be further improved by adjusting the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution without the addition of a stabilizer.
すなわち、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHによって、次亜塩素酸、及び次亜塩素酸イオンの不均化反応の反応速度が異なり、次亜塩素酸、及び次亜塩素酸イオンの自己分解が抑制されるpHの範囲が存在することが判明した。一般的には、次亜塩素酸ナトリウム溶液では、アルカリ性、例えば、pH11以上では、次亜塩素酸、及び次亜塩素酸イオンの不均化反応が抑制されることが知られているが、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の場合、pHが12以上14未満において、特異的に、次亜塩素酸、及び次亜塩素酸イオンの不均化反応が抑制されることが判明した。 That is, it was found that the reaction rate of the disproportionation reaction of hypochlorous acid and hypochlorite ions varies depending on the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, and that there is a pH range in which the self-decomposition of hypochlorous acid and hypochlorite ions is suppressed. In general, it is known that the disproportionation reaction of hypochlorous acid and hypochlorite ions is suppressed in sodium hypochlorite solutions at an alkaline pH, for example, at a pH of 11 or higher, but it was found that the disproportionation reaction of hypochlorous acid and hypochlorite ions is specifically suppressed in quaternary alkyl ammonium hypochlorite solutions at a pH of 12 or higher but lower than 14.
例えば、本発明の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を、金属の洗浄、除去に使用する場合、最適な次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHは、7より大きく12未満であるが、このようなpHの範囲で次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を調製し、保存した場合は、短時間で著しく酸化力が失われることが本発明者の検討によって、判明した。 For example, when the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution of the present invention is used for cleaning and removing metals, the optimal pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is greater than 7 and less than 12. However, the inventors' investigations have revealed that when a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is prepared and stored within this pH range, it loses a significant amount of oxidizing power in a short period of time.
これらの知見から、安定化剤を添加せずとも次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHを調整することによって、次亜塩素酸イオン濃度が低下せず、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の保存安定性が向上することを見出した。 Based on these findings, we found that by adjusting the pH of a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, the hypochlorite ion concentration does not decrease and the storage stability of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is improved without adding a stabilizer.
また、本発明者らは、上記第2の目的を達成するために鋭意検討を重ねた。先ず、特許文献4に記載されている次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液に含まれる可能性がある金属不純物について詳細に検討した。 The inventors have also conducted extensive research to achieve the second objective. First, they conducted a detailed study of metal impurities that may be contained in the quaternary alkylammonium hypochlorite solution described in Patent Document 4.
特許文献4においては、フォトレジストの除去を目的とするため、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液に含まれる金属原子を低減させる必要性は考慮されていない。 In Patent Document 4, the purpose is to remove photoresist, so the need to reduce the metal atoms contained in the aqueous solution of tetramethylammonium hypochlorite is not taken into consideration.
具体的には、特許文献4の実施例では、エーレンマイヤーフラスコ中で、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液と塩素ガスとを反応させて、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を製造している。そして、該フラスコは何ら断りがないため、ガラス容器である蓋然性が高い。本発明者等によれば、該実施例の追試では、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液にナトリウム等の金属原子が比較的多く含まれることが分かった。 Specifically, in the examples of Patent Document 4, an aqueous solution of tetramethylammonium hypochlorite is produced by reacting an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide with chlorine gas in an Erlenmeyer flask. Since there is no mention of the flask, it is highly likely that it is a glass container. According to the inventors, in a follow-up test of the example, it was found that the resulting quaternary alkylammonium hypochlorite solution contains a relatively large amount of metal atoms such as sodium.
そのため、本発明者等は、ナトリウム等の金属原子が含まれる原因を検討した。そして、その原因の一つは、原料となる水酸化第4級アルキルアンモニウム、およびフラスコの材質に起因しているものと考えられた。すなわち、水酸化第4級アルキルアンモニウムは強いアルカリ性を示す物質であるため、フラスコの材質であるガラスから、ナトリウム等の金属原子が溶けだすことが原因であると推定した。そして、水酸化第4級アルキルアンモニウム水溶液と塩素ガスとを反応させる際に、反応容器の材質を限定することにより、上記課題を解決できることを見出した。 The inventors therefore investigated the cause of the inclusion of metal atoms such as sodium. They concluded that one of the causes was due to the raw material quaternary alkyl ammonium hydroxide and the material of the flask. In other words, they presumed that the cause was that metal atoms such as sodium were dissolved from the glass of the flask, because quaternary alkyl ammonium hydroxide is a substance that exhibits strong alkalinity. They then discovered that the above problem could be solved by limiting the material of the reaction vessel when reacting the aqueous solution of quaternary alkyl ammonium hydroxide with chlorine gas.
すなわち、本発明は、以下の要旨を含む。
(1)次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法であって、
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を準備する準備工程と
前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と、塩素を接触させる反応工程とを含んでなり、
反応工程における気相部の二酸化炭素濃度が100体積ppm以下であり、反応工程における液相部のpHが、10.5以上である、
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法。
That is, the present invention includes the following gist.
(1) A method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, comprising the steps of:
The method includes the steps of: preparing a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution; and contacting the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine.
The carbon dioxide concentration in the gas phase in the reaction step is 100 ppm by volume or less, and the pH of the liquid phase in the reaction step is 10.5 or more.
A method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution.
(2)前記準備工程で準備する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液が、アルキル基の炭素数が1~10である水酸化第4級アルキルアンモニウムの溶液である(1)に記載の方法。 (2) The method according to (1), in which the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution prepared in the preparation step is a solution of quaternary alkyl ammonium hydroxide in which the alkyl group has 1 to 10 carbon atoms.
(3)前記反応工程において、反応温度が-35℃以上15℃以下である(1)または(2)に記載の方法。 (3) The method according to (1) or (2), wherein the reaction temperature in the reaction step is -35°C or higher and 15°C or lower.
(4)前記反応工程において、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液中の二酸化炭素濃度が500ppm以下である(1)~(3)の何れか一項に記載の方法。 (4) The method according to any one of (1) to (3), wherein in the reaction step, the carbon dioxide concentration in the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is 500 ppm or less.
(5)水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素ガスとを反応容器内で接触させる反応工程を含む、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造する方法において、
該反応容器内の該水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液が接触する面が、有機高分子材料からなる、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法。
(5) A method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, comprising a reaction step of contacting a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine gas in a reaction vessel,
A method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, wherein the surface in the reaction vessel that comes into contact with the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is made of an organic polymer material.
(6)前記有機高分子材料が、フッ素樹脂である(5)に記載の方法。 (6) The method according to (5), wherein the organic polymer material is a fluororesin.
(7)前記塩素ガスの水分量が、10体積ppm以下である(5)または(6)に記載の方法。 (7) The method according to (5) or (6), wherein the moisture content of the chlorine gas is 10 ppm by volume or less.
(8)前記反応工程において得られた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を、濾過する工程をさらに含む、(1)~(7)の何れか一項に記載の方法。 (8) The method according to any one of (1) to (7), further comprising a step of filtering the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution obtained in the reaction step.
(9)濾過する次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の25℃におけるpHが13.5以下である(8)に記載の方法。 (9) The method according to (8), in which the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution to be filtered at 25°C is 13.5 or less.
(10)濾過する次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の25℃におけるpHが12.5以下である(9)に記載の方法。 (10) The method according to (9), in which the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution to be filtered at 25°C is 12.5 or less.
(11)前記反応工程後に、反応液を保存する保存工程を含み、該保存工程において、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の25℃におけるpHが12.0以上、14.0未満となるよう調整された(1)~(10)の何れか一項に記載の方法。 (11) The method according to any one of (1) to (10), further comprising a preservation step of preserving the reaction solution after the reaction step, in which the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution at 25°C is adjusted to 12.0 or more and less than 14.0 during the preservation step.
(12)前記保存工程後に、反応液のpHを調整する希釈工程を含み、該希釈工程において、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の25℃におけるpHを8.0以上、12.0未満とする(11)に記載の方法。 (12) The method according to (11), which includes a dilution step for adjusting the pH of the reaction solution after the storage step, and in the dilution step, the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution at 25°C is adjusted to 8.0 or more and less than 12.0.
(13)前記希釈工程が、保存された次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を、25℃におけるpHが0より大きく7以下の溶液で希釈する工程である、(12)に記載の方法。 (13) The method according to (12), wherein the dilution step is a step of diluting the stored quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with a solution having a pH at 25°C of greater than 0 and less than or equal to 7.
(14)上記(1)~(13)の何れか一項に記載に方法により得た次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液により、半導体ウエハ表面を処理する、半導体ウエハの処理方法。 (14) A method for treating a semiconductor wafer, comprising treating the surface of the semiconductor wafer with a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution obtained by the method described in any one of (1) to (13) above.
(15)該半導体ウエハが、銅、タングステン、タンタル、チタン、コバルト、ルテニウム、マンガン、アルミニウム、シリコン、酸化シリコン、及びこれらの化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む半導体ウエハである、(14)に記載の処理方法。 (15) The processing method described in (14), wherein the semiconductor wafer is a semiconductor wafer containing at least one selected from the group consisting of copper, tungsten, tantalum, titanium, cobalt, ruthenium, manganese, aluminum, silicon, silicon oxide, and compounds thereof.
(16)ナトリウム、カリウム、およびアルミニウムの各金属の含有量がそれぞれ1ppb未満である次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液。 (16) A quaternary alkylammonium hypochlorite solution having a sodium, potassium, and aluminum metal content of less than 1 ppb each.
(17)さらに、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の各金属の含有量がそれぞれ1ppb未満である(16)に記載の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液。 (17) A quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution as described in (16), further comprising less than 1 ppb of each of the metals magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead.
(18)23℃におけるpHが9.0以上12.5以下である(16)または(17)に記載の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液。 (18) A quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution according to (16) or (17), having a pH of 9.0 or more and 12.5 or less at 23°C.
上記(1)~(4)の本発明の第1の実施形態によれば、トリアゾール、チアゾール、テトラゾールおよびイミダゾール等の安定化剤を添加せずとも、保存安定性が高い次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造することができる。また、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、洗浄能力に関与しない安定化剤を添加する必要はない。したがって、本発明によって製造された次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を、半導体製造工程で使用すれば、歩留まりが低下しない洗浄液として好適に使用することができる。 According to the first embodiment of the present invention described above in (1) to (4), a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution having high storage stability can be produced without adding a stabilizer such as triazole, thiazole, tetrazole, or imidazole. In addition, the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution does not require the addition of a stabilizer that does not affect the cleaning ability. Therefore, if the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution produced by the present invention is used in the semiconductor manufacturing process, it can be suitably used as a cleaning solution that does not reduce the yield.
上記(5)~(7)の本発明の第2の実施形態によれば、金属含量が少ない次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を得ることができる。そのため、半導体素子を製造する際に使用する、エッチング液、洗浄液として好適に利用できる。 According to the second embodiment of the present invention described above in (5) to (7), a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with a low metal content can be obtained. Therefore, it can be suitably used as an etching solution or cleaning solution when manufacturing semiconductor devices.
また、上記(8)~(10)の濾過工程を含むことで、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液に含まれる金属含量をさらに低減することができる。
上記(11)のように、保存時のpHを制御することで、さらに保存安定性を向上できる。
本発明の各実施形態により奏される作用効果は、以下においてさらに具体的に詳述する。
In addition, by including the above filtration steps (8) to (10), the metal content in the quaternary alkylammonium hypochlorite solution can be further reduced.
As described above in (11), by controlling the pH during storage, the storage stability can be further improved.
The effects achieved by each embodiment of the present invention will be described in more detail below.
<第1実施形態:次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法>
第1の実施形態に係る次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法は、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を準備する準備工程と
前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と、塩素を接触させる反応工程とを含んでなり、
反応工程における気相部の二酸化炭素濃度が100体積ppm以下であり、反応工程における液相部のpHが、10.5以上であることを特徴とする。
以下、各工程を説明する。
<First embodiment: Method for producing quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution>
The method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution according to the first embodiment includes a preparation step of preparing a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution, and a reaction step of contacting the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine.
The method is characterized in that the carbon dioxide concentration in the gas phase in the reaction step is 100 ppm by volume or less, and the pH of the liquid phase in the reaction step is 10.5 or more.
Each step will be described below.
(水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を準備する準備工程)
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、水酸化第4級アルキルアンモニウムが水に溶解した水溶液又は非水系溶媒に溶解した溶液の何れでも良い。水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、水、又は非水系溶媒に水酸化第4級アルキルアンモニウムを溶解させることや市販の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を所望の濃度に希釈することなどで得ることができる。非水系溶媒としては、水酸化第4級アルキルアンモニウムを溶解できる公知の有機溶媒を挙げることができる。具体的には、アルコール、グリコールが挙げられ、特にメタノール、プロピレングリコールが好ましい。これら溶媒の中でも、工業的に入手が容易であって、かつ高純度の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を入手可能であるという点から、該溶媒は水であることが好ましい。
(Preparation step of preparing quaternary alkyl ammonium hydroxide solution)
The quaternary alkyl ammonium hydroxide solution may be either an aqueous solution in which the quaternary alkyl ammonium hydroxide is dissolved in water or a solution in which the quaternary alkyl ammonium hydroxide is dissolved in a non-aqueous solvent. The quaternary alkyl ammonium hydroxide solution can be obtained by dissolving the quaternary alkyl ammonium hydroxide in water or a non-aqueous solvent, or by diluting a commercially available quaternary alkyl ammonium hydroxide solution to a desired concentration. Examples of the non-aqueous solvent include known organic solvents that can dissolve the quaternary alkyl ammonium hydroxide. Specifically, alcohol and glycol are included, and methanol and propylene glycol are particularly preferred. Among these solvents, the solvent is preferably water, since it is easily available industrially and a high-purity quaternary alkyl ammonium hydroxide solution can be obtained.
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液の濃度は、特に限定されないが、水酸化第4級アルキルアンモニウムの濃度が高濃度になると塩が析出し、固体となる。したがって、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液の濃度は、好ましくは0.01~30質量%、より好ましくは0.05~27.5質量%、さらに好ましくは0.1~25質量%である。 The concentration of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is not particularly limited, but if the concentration of the quaternary alkyl ammonium hydroxide becomes high, the salt will precipitate and become a solid. Therefore, the concentration of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is preferably 0.01 to 30% by mass, more preferably 0.05 to 27.5% by mass, and even more preferably 0.1 to 25% by mass.
準備する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液中には、通常は大気に由来する二酸化炭素が含まれている。二酸化炭素は、炭酸イオン、又は重炭酸イオンとして溶液中に存在している。二酸化炭素濃度は、特に制限されないが、炭酸イオンに換算して、0.001ppm以上500ppm以下(質量基準である)であることが好ましく、0.005ppm以上300ppm以下であることがより好ましく、0.01ppm以上100ppm以下であることがさらに好ましい。前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液に含まれる二酸化炭素濃度が0.001ppm以上500ppm以下であることにより、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpH変化を抑制できる。その結果、該次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の保存安定性を向上できる。このような二酸化炭素濃度の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、市販のものを利用できる。 The prepared quaternary alkyl ammonium hydroxide solution usually contains carbon dioxide derived from the atmosphere. Carbon dioxide is present in the solution as carbonate ions or bicarbonate ions. The carbon dioxide concentration is not particularly limited, but is preferably 0.001 ppm to 500 ppm (by mass) in terms of carbonate ions, more preferably 0.005 ppm to 300 ppm, and even more preferably 0.01 ppm to 100 ppm. By having the carbon dioxide concentration in the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution be 0.001 ppm to 500 ppm, the pH change of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be suppressed. As a result, the storage stability of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be improved. A commercially available quaternary alkyl ammonium hydroxide solution having such a carbon dioxide concentration can be used.
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を準備する溶媒としては、水のみを溶媒とし水溶液を準備してもよいし、有機溶媒を混合して、非水系溶液として準備しても良い。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の用途、洗浄対象物に対応して、溶媒を適宜変更すればよい。例えば、洗浄対象物をルテニウムとする場合は、溶媒は水のみで十分な洗浄が可能なため、水酸化第4級アルキルアンモニウム水溶液として準備すればよい。 The solvent for preparing the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution may be an aqueous solution using only water as the solvent, or a non-aqueous solution may be prepared by mixing with an organic solvent. The solvent can be changed appropriately depending on the application of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution and the object to be cleaned. For example, when the object to be cleaned is ruthenium, water alone is sufficient for cleaning, so an aqueous solution of quaternary alkyl ammonium hydroxide can be prepared.
本実施形態において、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、アルキル基の炭素数が1~10である水酸化第4級アルキルアンモニウムの溶液であることが好ましく、炭素数1~5である水酸化第4級アルキルアンモニウムの溶液であることがより好ましい。具体的な水酸化第4級アルキルアンモニウムを例示すると、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウムなどである。これらの水酸化第4級アルキルアンモニウムは1種単独で用いても良く、2種以上を組み合わせて用いても良い。また、水酸化第4級アルキルアンモニウムに含まれる4つのアルキル基の炭素数は同一であっても良く、異なっていても良い。 In this embodiment, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is preferably a solution of quaternary alkyl ammonium hydroxide in which the alkyl group has 1 to 10 carbon atoms, and more preferably a solution of quaternary alkyl ammonium hydroxide in which the alkyl group has 1 to 5 carbon atoms. Specific examples of quaternary alkyl ammonium hydroxide include tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, and tetrabutyl ammonium hydroxide. These quaternary alkyl ammonium hydroxides may be used alone or in combination of two or more types. In addition, the number of carbon atoms of the four alkyl groups contained in the quaternary alkyl ammonium hydroxide may be the same or different.
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素ガスとを反応させて次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造する工程において、反応容器内で生じる該次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を含む溶液のpHが低下する。後述する濾過操作の条件や、水酸化第4級アルキルアンモニウムの溶解性を考慮すると、本実施形態においては、原料となる水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液のpHの下限は10.5以上であり、好ましくは11.0以上、さらに好ましくは11.5以上、特に好ましくは12.0を超える。水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液のpHの上限は前記水酸化第4級アルキルアンモニウムの濃度によって決まる。 In the process of producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution by reacting a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine gas, the pH of the solution containing the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution produced in the reaction vessel decreases. Considering the conditions of the filtration operation described below and the solubility of the quaternary alkyl ammonium hydroxide, in this embodiment, the lower limit of the pH of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution used as the raw material is 10.5 or more, preferably 11.0 or more, more preferably 11.5 or more, and particularly preferably more than 12.0. The upper limit of the pH of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is determined by the concentration of the quaternary alkyl ammonium hydroxide.
また、本実施形態において使用する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、金属、具体的には、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の含有量が、それぞれ0.01ppb以上20ppb以下であることが好ましい。なお、当然のことながら、使用する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液に含まれる金属含量は、0.01ppb未満であってもよいが、このような水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を入手すること自体が困難である。 In addition, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution used in this embodiment preferably contains metals, specifically, sodium, potassium, aluminum, magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead, each of which is 0.01 ppb or more and 20 ppb or less. Of course, the metal content of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution used may be less than 0.01 ppb, but it is difficult to obtain such a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution.
そのため、上記金属含量が前記範囲を満足する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を使用することにより、それ自体の入手が容易となり、かつ、該次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造中、および製造後における濾過操作によって該金属不純物の除去・低減が容易となる。濾過操作によって金属不純物が除去・低減できる理由は明らかではないが、ある程度の量の金属不純物が存在することによって、濾過による除去が難しいコロイド状ではなく、ある程度の大きさを有する不純物粒子が生成し、濾過による除去が可能になるためと考えられる。そのため、本実施形態で使用する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、pHが下がることにより金属不純物の固体物が濾過操作で除去・低減できるため、超高純度の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液ではなくとも好適に使用できる。この効果をより高め、特にアルカリ性でイオンとなっている不純物をより一層除去・低減するためには、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液に含まれる、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の金属含量はそれぞれ、0.01ppb以上5ppb以下となることがより好ましく、0.01ppb以上2ppb以下であることがさらに好ましい。 Therefore, by using a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution whose metal content satisfies the above range, the solution itself becomes easy to obtain, and the metal impurities can be easily removed and reduced by filtration during and after the production of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution. The reason why metal impurities can be removed and reduced by filtration is not clear, but it is thought that the presence of a certain amount of metal impurities produces impurity particles having a certain size, rather than colloidal impurities that are difficult to remove by filtration, making them possible to remove by filtration. Therefore, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution used in this embodiment can be used suitably even if it is not an ultra-high purity quaternary alkyl ammonium hydroxide solution, because the solid metal impurities can be removed and reduced by filtration due to the lowering of the pH. To further enhance this effect and further remove and reduce impurities that are alkaline and in the form of ions, the metal contents of sodium, potassium, aluminum, magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead contained in the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution are preferably 0.01 ppb or more and 5 ppb or less, and even more preferably 0.01 ppb or more and 2 ppb or less.
以上のような水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は、市販のものを使用することができる。中でも、電解法、および/又はイオン交換樹脂等と接触させて高純度化した、半導体素子のフォトレジスト現像液として使用されている水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を好適に利用できる。そして、これら市販のものを、超純水のような金属不純物が含まれない溶媒で希釈して使用することもできる。 The above-mentioned quaternary alkyl ammonium hydroxide solutions can be commercially available. In particular, quaternary alkyl ammonium hydroxide solutions that have been highly purified by electrolysis and/or contact with ion exchange resins, etc. and are used as photoresist developers for semiconductor devices, can be preferably used. These commercially available solutions can also be used by diluting them with a solvent that does not contain metal impurities, such as ultrapure water.
(水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と、塩素を接触させる反応工程)
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素を接触、反応させることにより、水酸化第4級アルキルアンモニウムの水酸化物イオンが、塩素によって生成された次亜塩素酸イオンと置換され、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液が生成する。
(Reaction step of contacting quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine)
By contacting and reacting the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine, the hydroxide ions of the quaternary alkyl ammonium hydroxide are replaced with hypochlorite ions generated by chlorine, and a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is produced.
本実施形態において、使用する塩素ガスは、特に制限されるものではなく、市販のものを採用できる。その中でも、半導体材料のエッチング、半導体材料の原料として使用されるような高純度のガスを使用することができる。 In this embodiment, the chlorine gas used is not particularly limited, and commercially available gases can be used. Among them, high-purity gases such as those used for etching semiconductor materials and as raw materials for semiconductor materials can be used.
高純度ガスの中でも、特に水分量が少ないものが好ましく、具体的には10体積ppm以下(質量基準)の水分量のものを使用することが好ましい。この理由は明らかではないが以下のようなことが考えられる。例えば、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造する際、通常、塩素ガスは配管を経由して輸送される。そのため、水が多く存在すると、塩化水素が発生して配管、および流量計等の金属部材を腐食させ、塩素ガスと共に腐食した金属不純物が系内に導入され易くなると考えられる。そのため、塩素ガスに含まれる水分量は10体積ppm以下のものを使用することが好ましい。当然のことながら、市販の塩素ガスをそのまま使用することもできるし、反応系内に導入される直前に、乾燥材等を接触させて塩素ガスに含まれる水分量を低減させることもできる。塩素ガスに含まれる水分量の下限は、特に制限されるものではないが、工業的に入手可能なものを考えると、0.1体積ppmである。 Among high purity gases, gases with a particularly low moisture content are preferred, and specifically, gases with a moisture content of 10 ppm by volume or less (by mass) are preferred. The reason for this is unclear, but the following is thought to be the case. For example, when producing a quaternary alkylammonium hypochlorite solution, chlorine gas is usually transported through piping. Therefore, if there is a lot of water, hydrogen chloride is generated and corrodes metal components such as piping and flow meters, and it is thought that corroded metal impurities are easily introduced into the system along with chlorine gas. Therefore, it is preferable to use chlorine gas with a moisture content of 10 ppm by volume or less. Naturally, commercially available chlorine gas can be used as is, or the amount of moisture contained in the chlorine gas can be reduced by contacting it with a drying material or the like just before it is introduced into the reaction system. The lower limit of the moisture content of chlorine gas is not particularly limited, but considering that it is industrially available, it is 0.1 ppm by volume.
本実施形態において、該塩素ガスに含まれる二酸化炭素の濃度は、特に制限されないが、0.001体積ppm以上80体積ppm以下であることが好ましく、0.005体積ppm以上50体積ppm以下であることがより好ましく、0.01体積ppm以上2体積ppm以下であることがさらに好ましい。塩素ガスに含まれる二酸化炭素濃度が0.001体積ppm以上80体積ppm以下の範囲であれば、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpH変化を抑制できる。その結果、該次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の保存安定性を向上できる。このような二酸化炭素濃度の塩素ガスは、市販のものを利用できる。 In this embodiment, the concentration of carbon dioxide contained in the chlorine gas is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 80 ppm by volume, more preferably 0.005 to 50 ppm by volume, and even more preferably 0.01 to 2 ppm by volume. If the carbon dioxide concentration contained in the chlorine gas is in the range of 0.001 to 80 ppm by volume, the pH change of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be suppressed. As a result, the storage stability of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be improved. Chlorine gas with such a carbon dioxide concentration can be commercially available.
なお、本実施形態において、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素を接触させる方法は特に制限されず、公知の方法を採用することができる。しかし、反応系への二酸化炭素の混入を避けるため、閉鎖系で反応を行うことが好ましい。簡易的には、図1に示したように、三ツ口フラスコ内に準備した水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液に、塩素を吹き込むことで、十分に反応させることができ、保存安定性に優れた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造することができる。また、詳細は後述するが、図2に示す構成の反応装置を用いても良い。 In this embodiment, the method of contacting the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine is not particularly limited, and known methods can be used. However, in order to avoid the inclusion of carbon dioxide in the reaction system, it is preferable to carry out the reaction in a closed system. A simple method is to blow chlorine into a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution prepared in a three-neck flask as shown in FIG. 1, which allows the reaction to proceed sufficiently and produces a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with excellent storage stability. In addition, a reaction apparatus having a configuration shown in FIG. 2 may be used, as will be described in detail later.
本実施形態において、塩素ガスの使用量(使用する塩素ガスの全量)は、特に制限されないが、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液1リットルに対して、0℃、1atm換算で、10~31000mLであることが好ましい。この範囲で塩素ガスを使用することにより、反応系内の急激なpH変化を抑制し、濾過操作による金属不純物の除去・低減が容易となる。水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液1リットルに対して、塩素の使用量が0℃、1atm換算で、31000mLを越える使用量とすることもできるが、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液のpHの低下・変動が大きくなり、さらには未反応の塩素ガスが残留する傾向にある。一方、10mL未満の場合は、十分な次亜塩素酸イオンが生成できない傾向にある。そのため、工業的な製造を考慮すると、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液1リットルに対して、塩素ガスの使用量が0℃、1atm換算で、10~31000mLの範囲であることが好ましい。ただし、塩素ガスの使用量は、得られる溶液のpH、すなわち、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHにおいて決定することもできる。 In this embodiment, the amount of chlorine gas used (total amount of chlorine gas used) is not particularly limited, but is preferably 10 to 31,000 mL per 1 liter of quaternary alkyl ammonium hydroxide solution at 0 ° C. and 1 atm. By using chlorine gas in this range, a sudden pH change in the reaction system is suppressed, and it becomes easy to remove and reduce metal impurities by filtration. The amount of chlorine used can be more than 31,000 mL per 1 liter of quaternary alkyl ammonium hydroxide solution at 0 ° C. and 1 atm, but the pH of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution tends to decrease and fluctuate significantly, and unreacted chlorine gas tends to remain. On the other hand, if the amount is less than 10 mL, sufficient hypochlorite ions tend not to be generated. Therefore, considering industrial production, it is preferable that the amount of chlorine gas used is in the range of 10 to 31,000 mL per 1 liter of quaternary alkyl ammonium hydroxide solution at 0 ° C. and 1 atm. However, the amount of chlorine gas used can also be determined based on the pH of the resulting solution, i.e., the pH of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution.
また、塩素ガスを以下の速度で反応系内に供給することが好ましい。塩素ガスの供給流量(速度)は、急激なpHの低下を生じさせない、および反応に関与しない塩素ガスを低減するという点で、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液、1リットルに対して、0℃、1atm換算で、0.0034Pa・m3/sec以上16.9Pa・m3/sec以下が好ましい。この範囲を満足することにより、反応性が十分となり、急激なpHの低下・変動がなく、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造できる。この効果をより発揮するためには、塩素ガスの反応系内への供給量は、0.017Pa・m3/sec以上5.1Pa・m3/sec以下がより好ましく、0.034Pa・m3/sec以上1.7Pa・m3/sec以下がさらに好ましい。 In addition, it is preferable to supply chlorine gas into the reaction system at the following rate. The supply flow rate (rate) of chlorine gas is preferably 0.0034 Pa·m 3 /sec or more and 16.9 Pa·m 3 /sec or less per 1 liter of quaternary alkyl ammonium hydroxide solution, calculated at 0°C and 1 atm, in order not to cause a sudden drop in pH and to reduce chlorine gas not involved in the reaction. By satisfying this range, the reactivity becomes sufficient, and a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be produced without a sudden drop or change in pH. In order to further exert this effect, the supply amount of chlorine gas into the reaction system is more preferably 0.017 Pa·m 3 /sec or more and 5.1 Pa·m 3 /sec or less, and even more preferably 0.034 Pa·m 3 /sec or more and 1.7 Pa·m 3 /sec or less.
(反応工程における気相部)
反応工程における気相部の二酸化炭素濃度が100体積ppm以下であることが、本実施形態の最大の特徴である。本実施形態において、気相部とは、反応工程において、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と接触する気体で占められた部分のことであり、例えば、図1に示す製造方法であれば、三ツ口フラスコ11内の気体が占める部分(上部空間)である。
(Gas phase in reaction process)
The greatest feature of this embodiment is that the carbon dioxide concentration in the gas phase in the reaction step is 100 ppm by volume or less. In this embodiment, the gas phase refers to the portion occupied by the gas that comes into contact with the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution in the reaction step, and for example, in the production method shown in Figure 1, it is the portion occupied by the gas in the three-neck flask 11 (the upper space).
本実施形態において、気相部中の二酸化炭素濃度の上限は、100体積ppmである。100体積ppmを越える二酸化炭素濃度の場合は、反応工程時に式(1)、(2)の反応によって炭酸イオン、重炭酸イオンが発生し、それに伴って次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが低下してしまう。
CO2 + OH- → HCO3
- …(1)
HCO3
- + OH- → CO3
2-+ H2O …(2)
上記の化学反応によってpHが低下すると、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の保存中に次亜塩素酸イオンが分解して、保存安定性が悪化すると推測している。
In this embodiment, the upper limit of the carbon dioxide concentration in the gas phase is 100 ppm by volume. If the carbon dioxide concentration exceeds 100 ppm by volume, carbonate ions and bicarbonate ions are generated by the reactions of formulas (1) and (2) during the reaction step, and the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution decreases accordingly.
CO 2 + OH - → HCO 3 - ... (1)
HCO 3 − + OH − → CO 3 2− + H 2 O … (2)
It is speculated that when the pH is lowered by the above chemical reaction, the hypochlorite ions decompose during storage of the resulting quaternary alkylammonium hypochlorite solution, resulting in a deterioration in storage stability.
なお、本実施形態において、気相部中の二酸化炭素濃度が、0.001~100体積ppm、好ましくは、0.01~80体積ppmであれば、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHを十分に制御すること可能となり、保存安定性に優れた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造することができる。 In this embodiment, if the carbon dioxide concentration in the gas phase is 0.001 to 100 ppm by volume, preferably 0.01 to 80 ppm by volume, it becomes possible to adequately control the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, and it is possible to produce a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with excellent storage stability.
(反応工程のpH)
本実施形態の反応工程における液相部のpHの範囲は、10.5以上である。上限は特に限定はされないが、反応中のpHが過度に高いと、反応終了後に同じpHで長期間保存すると、次亜塩素酸イオンが分解され、有効塩素濃度が低下することがある。したがって、反応工程における液相部のpHは14未満であることが好ましく、13.9未満がより好ましく、11以上13.8未満がさらに好ましい。pHが前記範囲であれば、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の保存中に、次亜塩素酸イオンの分解が抑制され、保存安定性が向上する。なお、反応時のpHが高い場合であっても、後述するように保存時のpHを特定範囲に制御することで、保存安定性は向上する。一方、反応工程のpHが低すぎると式(3)に示す化学反応のため、保存安定性が低下する。
2HClO + ClO- + 2OH- →
ClO3
- + 2Cl- + 2H2O …(3)
(pH of reaction process)
The pH range of the liquid phase in the reaction step of this embodiment is 10.5 or more. Although the upper limit is not particularly limited, if the pH during the reaction is excessively high, hypochlorite ions may be decomposed and the effective chlorine concentration may decrease if the solution is stored for a long period of time at the same pH after the reaction is completed. Therefore, the pH of the liquid phase in the reaction step is preferably less than 14, more preferably less than 13.9, and even more preferably 11 or more and less than 13.8. If the pH is within the above range, the decomposition of hypochlorite ions is suppressed during storage of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, and the storage stability is improved. Even if the pH during the reaction is high, the storage stability is improved by controlling the pH during storage to a specific range as described below. On the other hand, if the pH of the reaction step is too low, the storage stability is reduced due to the chemical reaction shown in formula (3).
2HClO + ClO− + 2OH− →
ClO 3 − + 2Cl − + 2H 2 O … (3)
(反応工程の反応温度)
本実施形態の反応工程における水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液の反応温度の範囲は、-35℃以上15℃以下が好ましく、-15℃以上15℃以下がより好ましく、0℃以上15℃以下がさらに好ましい。反応温度が前記範囲であれば、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素が十分に反応し、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を高い生成効率で得ることができる。
(Reaction temperature in the reaction process)
The reaction temperature range of the quaternary alkylammonium hydroxide solution in the reaction step of this embodiment is preferably from −35° C. to 15° C., more preferably from −15° C. to 15° C., and even more preferably from 0° C. to 15° C. If the reaction temperature is within the above range, the quaternary alkylammonium hydroxide solution and chlorine react sufficiently, and the quaternary alkylammonium hypochlorite solution can be obtained with high production efficiency.
なお、反応温度が-35℃未満の場合、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液の凝固がはじまり、塩素との反応が十分でなくなってしまう。一方、反応温度が15℃を超える場合は、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液中に生成した次亜塩素酸イオンが熱によって分解する。特に反応時のpHが13.8以上では、反応温度が高くなると次亜塩素酸イオンの分解が顕著になる。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムの生成効率は、原料として供給した塩素分子のモル数に対する、生成した次亜塩素酸イオンのモル数の割合で評価できる。 If the reaction temperature is below -35°C, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution will begin to solidify, and the reaction with chlorine will be insufficient. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 15°C, the hypochlorite ions generated in the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution will decompose due to heat. In particular, if the pH during the reaction is 13.8 or higher, the decomposition of hypochlorite ions will become more pronounced as the reaction temperature increases. The production efficiency of quaternary alkyl ammonium hypochlorite can be evaluated as the ratio of the number of moles of hypochlorite ions generated to the number of moles of chlorine molecules supplied as a raw material.
以上のように、本実施形態の製造方法によれば、保存安定性に優れた、例えば、製造後10日経過しても、洗浄、除去力を十分保つことができる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造することができる。 As described above, the manufacturing method of this embodiment makes it possible to produce a quaternary alkylammonium hypochlorite solution that has excellent storage stability and can adequately maintain its cleaning and removing power even 10 days after production.
このことから明らかな通り、本実施形態の製造方法で得られた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、保存安定性に優れており、半導体素子の製造工程において好適に使用することができる。 As is clear from this, the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution obtained by the manufacturing method of this embodiment has excellent storage stability and can be suitably used in the manufacturing process of semiconductor devices.
<第2実施形態:次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法>
第2の実施形態は、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素ガスとを反応容器内で接触させる反応工程を含む、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造する方法に関し、
該反応容器内の該水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液が接触する面が、有機高分子材料からなることを特徴としている。以下、順を追って説明する。
<Second embodiment: Method for producing quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution>
The second embodiment relates to a method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, comprising a reaction step of contacting a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine gas in a reaction vessel;
The surface of the reaction vessel that comes into contact with the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is made of an organic polymer material.
(水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液および塩素ガス)
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液および塩素ガスとしては、前記第1実施形態で説明したものと同様のものを使用できる。
(Quaternary alkyl ammonium hydroxide solution and chlorine gas)
The quaternary alkyl ammonium hydroxide solution and chlorine gas may be the same as those described in the first embodiment.
(反応条件 反応容器の内面に使用する有機高分子材料)
本実施形態においては、反応容器内で前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と前記塩素ガスとを接触させて、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造する。このとき、先ず、反応容器内に所定量の前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を導入しておき、次いで塩素ガスを該水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と接触するように導入すればよい。
(Reaction conditions: Organic polymer material used on the inner surface of the reaction vessel)
In this embodiment, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is contacted with the chlorine gas in a reaction vessel to produce a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution. At this time, a predetermined amount of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution is first introduced into the reaction vessel, and then chlorine gas is introduced so as to contact the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution.
そして、本実施形態においては、反応容器内の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液が接触する面(以下、単に「反応容器の内面」とする場合もある)を、有機高分子材料で形成する。本発明者等の検討によれば、反応容器として、汎用のホウケイ酸ガラス製(以下、ガラス製)の反応容器を使用すると、原料として使用する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液が、該ガラス製に含まれる金属成分、例えば、ナトリウム、カリウム、およびアルミニウムを溶解する。これは、原料として使用する水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液がアルカリ性を示すことに起因すると考えられる。そのため、反応容器の内面を有機高分子材料で形成することにより、上記金属を含む不純物(金属不純物)の混入を低減できる。 In this embodiment, the surface in the reaction vessel that comes into contact with the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution (hereinafter, sometimes simply referred to as the "inner surface of the reaction vessel") is formed from an organic polymer material. According to the inventors' studies, when a general-purpose borosilicate glass (hereinafter, glass) reaction vessel is used as the reaction vessel, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution used as the raw material dissolves metal components contained in the glass, such as sodium, potassium, and aluminum. This is thought to be due to the alkaline nature of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution used as the raw material. Therefore, by forming the inner surface of the reaction vessel from an organic polymer material, it is possible to reduce the inclusion of impurities containing the above metals (metal impurities).
本実施形態においては、溶媒に有機溶媒を使用する場合には反応装置を防爆構造とすることが好ましい。そのため、簡易な装置構成とするためには、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液は水を溶媒とすることが好ましい。 In this embodiment, when an organic solvent is used as the solvent, it is preferable that the reaction apparatus has an explosion-proof structure. Therefore, in order to simplify the apparatus configuration, it is preferable that the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution uses water as the solvent.
本実施形態において、使用する有機高分子材料としては、塩化ビニル系樹脂(軟質・硬質塩化ビニル樹脂)、ナイロン系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(ポリエチレン、ポリプロピレン)、フッ素系樹脂等を使用できる。中でも、成型のし易さ、耐溶剤性、不純物の溶出が少ないもの等を考慮すると、フッ素系樹脂が挙げられる。 In this embodiment, the organic polymer material used may be vinyl chloride resin (soft and hard vinyl chloride resin), nylon resin, silicone resin, polyolefin resin (polyethylene, polypropylene), fluorine resin, etc. Among them, fluorine resin is recommended in consideration of ease of molding, solvent resistance, and low elution of impurities.
該フッ素樹脂としては、フッ素原子を含有する樹脂(ポリマー)であれば特に制限されず、公知のフッ素樹脂を用いることができる。例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、クロロトリフルオロエチレン-エチレン共重合体、及びパーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)の環化重合体等が挙げられる。中でも、反応容器自体の入手のし易さ、生産性等を考慮すると、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体を使用することが好ましい。 The fluororesin is not particularly limited as long as it is a resin (polymer) containing fluorine atoms, and known fluororesins can be used. Examples include polytetrafluoroethylene, polychlorotrifluoroethylene, polyvinylidene fluoride, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, chlorotrifluoroethylene-ethylene copolymer, and cyclized polymer of perfluoro(butenyl vinyl ether). Among these, it is preferable to use tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, taking into consideration the availability of the reaction vessel itself, productivity, and the like.
本実施形態において、反応容器の内面を有機高分子材料で形成する方法としては、反応容器全体を有機高分子材料で形成する方法、ガラス製・ステンレス製の反応容器の内面のみを有機高分子材料で覆う方法などが挙げられる。 In this embodiment, methods for forming the inner surface of the reaction vessel from an organic polymer material include a method for forming the entire reaction vessel from an organic polymer material, and a method for covering only the inner surface of a glass or stainless steel reaction vessel with an organic polymer material.
また、有機高分子材料から金属成分が溶出するのを防ぐために洗浄してから使用することもできる。具体的には、高純度硝酸・塩酸のような酸で十分に洗浄し(例えば、1mol/Lの酸濃度の溶液に12時間浸漬させて洗浄し)、超純水等でさらに洗浄することが好ましい。また、安定した反応を行うためには、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素ガスとを反応させる前に、前記有機高分子材料で形成された反応容器の内面を前記方法で洗浄することが好ましい。 In addition, the organic polymer material can be washed before use to prevent metal components from eluting from the material. Specifically, it is preferable to thoroughly wash the material with an acid such as high-purity nitric acid or hydrochloric acid (for example, by immersing the material in a solution with an acid concentration of 1 mol/L for 12 hours), and then further wash the material with ultrapure water or the like. In order to perform a stable reaction, it is preferable to wash the inner surface of the reaction vessel formed from the organic polymer material by the above-mentioned method before reacting the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine gas.
本実施形態おいては、反応容器内の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液が接触する面を有機高分子材料で形成すれば、その他の部分は、ガラスであっても、ステンレス鋼であっても、不動態化処理したステンレス鋼であってもよい。ただし、影響は少ないため、必須ではないが、撹拌棒等も同じ有機高分子材料で形成することが好ましい。 In this embodiment, as long as the surface in the reaction vessel that comes into contact with the quaternary alkylammonium hydroxide solution is made of an organic polymer material, the other parts may be made of glass, stainless steel, or passivated stainless steel. However, since the effect is small, it is preferable to form the stirring rod and the like from the same organic polymer material, although this is not essential.
本実施形態おいては、反応容器内で前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素ガスとを接触させればよいが、撹拌中の前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液に塩素ガスを導入することが好ましい。その際の反応温度の範囲は、特に制限されるものではないが、前記第1の実施形態と同様とすることが好ましい。 In this embodiment, the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution may be brought into contact with chlorine gas in a reaction vessel, but it is preferable to introduce chlorine gas into the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution while stirring. The reaction temperature range is not particularly limited, but is preferably the same as in the first embodiment.
また、反応系内に二酸化炭素が存在すると、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが低下する傾向にある。そのため、安定した製造を考慮すると、反応系内には、前記第1の実施形態と同様に、二酸化炭素が含まれないようにすることが好ましい。具体的には、二酸化炭素量が低減された水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液、塩素ガス等を使用することが好ましい。そして、二酸化炭素量が低減された不活性ガス存在下(例えば、窒素ガス存在下)にて反応を実施することが好ましい。このような条件で反応することで、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpH低下を抑制できるため、保存安定性が向上する。 In addition, when carbon dioxide is present in the reaction system, the pH of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution tends to decrease. Therefore, in consideration of stable production, it is preferable to prevent carbon dioxide from being contained in the reaction system, as in the first embodiment. Specifically, it is preferable to use a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution or chlorine gas with a reduced amount of carbon dioxide. It is also preferable to carry out the reaction in the presence of an inert gas with a reduced amount of carbon dioxide (for example, in the presence of nitrogen gas). By carrying out the reaction under such conditions, the decrease in pH of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be suppressed, thereby improving storage stability.
(反応装置)
次に、本実施形態において、好適に使用できる反応装置の一例を用いて説明する。図2に反応装置31の概略図を示す。
(Reaction Apparatus)
Next, an example of a reaction apparatus that can be suitably used in this embodiment will be described. A schematic diagram of the
反応装置31において、反応容器32の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液33が接する面(反応容器の内面)34を前記有機高分子材料で形成する。そして、この反応装置31には、温度を確認できる温度計(熱電対)35を設けることもできる。そして、反応系内を混合できるように攪拌モーター36、撹拌棒37、撹拌羽38を備えることが好ましい。これら温度計35、撹拌棒37、撹拌羽38も、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液33と接する部分は、有機高分子材料で形成されることが好ましい。
In the
また、該反応装置31には、塩素ガスを供給する塩素ガス供給管39を備え、該供給管39を通じて、反応系内へ塩素ガスを導入するガス導入管40を経由して水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液33と接触するようにすればよい。前記の通り、反応系内は、二酸化炭素が含まれない方が好ましいため、窒素ガス供給管41を設けることもできる。図2においては、窒素ガス供給管41が途中、塩素ガス供給管39と合流し、ガス導入管40から窒素ガスが導入される構成となっているが、ガス導入管40は、塩素ガス導入管/窒素ガス導入管のそれぞれに分別されていてもよい。そして、このガス導入管40は、水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液33と接するため、前記有機高分子材料から形成されることが好ましい。
The
また、下記に詳述するが、本実施形態においては、塩素ガスと水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液とを接触させて次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造する際、反応系内のpHが低下し、金属成分を含む固体物が析出する場合がある。本実施形態においては、この固体物を濾過により除去・低減するために、濾過装置を備えることもできる。この濾過装置は、反応液移送管42、ポンプ43、濾過フィルター44、反応液返送管45を備える。これら濾過装置における各部材は、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムを含む反応溶液と接触するため、前記有機高分子材料で形成されることが好ましい。
As described in detail below, in this embodiment, when chlorine gas is brought into contact with a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution to produce a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, the pH in the reaction system may decrease, and solid matter containing metal components may precipitate. In this embodiment, a filtration device may be provided to remove and reduce the solid matter by filtration. This filtration device includes a reaction
ポンプ43は、ケミカルダイヤフラムポンプ、チューブポンプ、マグネットポンプ等が利用できる。中でも、金属成分による汚染防止のため、接液部が前記フッ素樹脂からなるポンプを使用することが好ましく、その中でも入手のし易さを考慮すると、マグネットポンプを使用することが好ましい。 The pump 43 can be a chemical diaphragm pump, a tube pump, a magnetic pump, or the like. Among them, it is preferable to use a pump whose liquid-contacting parts are made of the above-mentioned fluororesin to prevent contamination by metal components, and among them, it is preferable to use a magnetic pump considering ease of availability.
また、濾過フィルター44は、下記に詳述する材質、形態のものを使用することが好ましい。図2では、1つの濾過フィルター44を設けた例を示したが、複数の濾過フィルター44をその使用目的(除去を目的とする不純物)に応じて直列、および/又は並列に配置することもできる。
The
以上のような濾過装置を設けることにより、反応途中に濾過操作を行うこともできる。また、塩素ガスの供給を止めて、反応後にポンプ43により、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムを含む溶液を循環させ、濾過フィルター44により、含まれる金属成分を含む固体物を除去・低減することもできる。なお、図2には、反応装置と濾過装置とが一体となった構成を示したが、反応後に濾過を行うのであれば、反応装置と濾過装置とは別々に設置してもよい。
By providing a filtration device as described above, it is also possible to perform a filtration operation during the reaction. In addition, the supply of chlorine gas can be stopped, and after the reaction, a solution containing quaternary alkyl ammonium hypochlorite can be circulated using pump 43, and solid matter containing metal components can be removed or reduced using
また、供給された未反応の塩素ガスを逃がすための塩素ガス排出管46、塩素ガストラップ47を設けることもできる。塩素ガストラップ47には、例えば5質量%程度の水酸化ナトリウム水溶液を入れておけばよい。
It is also possible to provide a chlorine
さらに、反応容器32の周囲には、反応温度を制御するための反応浴48を設けることもできる。
In addition, a
そして、温度計35、撹拌棒37、ガス導入管40、反応液移送管42、反応液返送管45および塩素ガス排出管46は、ハーフジョイント49等により、反応容器32と接続できる。
The
このような反応装置31を使用することにより、本実施形態の方法を容易に行うことができ、純度の高い次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造できる。
By using such a
<濾過工程>
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と塩素ガスとが接触して、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を生成してくると、反応系内の溶液のpHが低下する。その際、金属不純物を含む固体物が析出する場合があり、それを除去・低減するために、好ましい実施形態では、濾過する工程を含むことが好ましい。すなわち、第1実施形態および第2実施形態の反応の途中、または所定の濃度まで塩素ガスを供給して得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を濾過することが好ましい。なお、濾過工程は、後述する保存工程あるいは希釈工程の後に行っても良い。
<Filtration process>
When the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution and chlorine gas come into contact with each other to produce a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, the pH of the solution in the reaction system drops. At that time, solid matter containing metal impurities may precipitate, and in order to remove or reduce it, in a preferred embodiment, it is preferable to include a filtering step. That is, it is preferable to filter the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution obtained by supplying chlorine gas to a predetermined concentration during the reaction of the first and second embodiments. The filtering step may be performed after the storage step or dilution step described below.
濾過工程においては、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHに応じて、濾取される金属成分が異なることがある。
具体的には、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが13.5以下とした場合、好ましくは該溶液のpHが12.5を超え13.5以下の場合には、マグネシウム、鉄、カドミウム等の水酸化物、ニッケル、銀の酸化物が固体化するため、濾過操作を行うことにより、これら不純物も除去・低減できる。
In the filtration step, the metal components filtered out may vary depending on the pH of the quaternary alkylammonium hypochlorite solution.
Specifically, when the pH of the quaternary alkylammonium hypochlorite solution is 13.5 or less, preferably when the pH of the solution is greater than 12.5 and less than 13.5, hydroxides of magnesium, iron, cadmium, etc., and oxides of nickel and silver are solidified, and these impurities can also be removed or reduced by performing a filtration operation.
また、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが12.5以下とした場合、好ましくは該溶液のpHが9.0以上12.5以下の場合には、前記不純物に加えて、銅、鉛の酸化物が固体化するため、濾過操作を行うことにより、これら不純物も除去・低減できる。なお、溶液のpHは温度に依存し変動することがある。上記のpHは25℃での値を目安とする。実際に濾過工程を実施する際の液温は25℃に限定はされないが、好ましくは20~28℃、さらに好ましくは23℃~25℃で行う。 In addition, when the pH of the quaternary alkylammonium hypochlorite solution is 12.5 or less, preferably when the pH of the solution is 9.0 or more and 12.5 or less, in addition to the above impurities, copper and lead oxides are solidified, and these impurities can also be removed or reduced by performing a filtration operation. Note that the pH of the solution may vary depending on the temperature. The above pH is based on the value at 25°C. The liquid temperature when actually carrying out the filtration process is not limited to 25°C, but is preferably 20 to 28°C, and more preferably 23 to 25°C.
このような金属不純物の固体物は、原料とする水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液、および塩素ガスの純度を高めても生成する。特に、反応容器の内面を有機高分子材料で形成した場合にも、該固体物が生成される場合がある。この原因は明らかではないが、塩素ガスという腐食性の高いガスを使用しているため、反応装置内のどこからか金属不純物が反応系内に含まれるためと推定している。 Such solid metal impurities are produced even when the purity of the raw material quaternary alkyl ammonium hydroxide solution and chlorine gas is increased. In particular, such solids may be produced when the inner surface of the reaction vessel is made of an organic polymer material. The reason for this is unclear, but it is presumed that metal impurities are contained in the reaction system from somewhere inside the reaction apparatus due to the use of highly corrosive gas, chlorine gas.
濾過操作は、除去・低減を目的とする金属類が固体化されるpHで実施すればよい。そのため、1回のみの実施であってもよいし、各pHで複数回実施することもできる。その際、各pHで孔径の異なる濾過フィルターを複数準備し、孔径の大きな濾過フィルターから順に濾過することでより濾過効率が向上する。具体的には1段階目に粗大粒子を、2段階目で微粒子を除去することで実施可能である。なお、金属成分を含む固体物、例えば、単なる金属の不純物、金属酸化物、金属水酸化物、および/又はコロイド状物の内、1μm以上100μm以下の粒子のことを、以下、単に「粗大粒子」とする場合がある。一方、0.01μm以上1μm未満の粒子のことを、以下、単に「微粒子」ということがある。なお、固体物の粒径はレーザー回折による円相当径をいう。 The filtration operation may be performed at a pH at which the metals to be removed or reduced are solidified. Therefore, it may be performed only once, or multiple times at each pH. In this case, multiple filtration filters with different pore sizes are prepared for each pH, and filtration is performed in order from the filter with the largest pore size, thereby improving the filtration efficiency. Specifically, it is possible to remove coarse particles in the first stage and fine particles in the second stage. Note that, among solid substances containing metal components, such as simple metal impurities, metal oxides, metal hydroxides, and/or colloidal substances, particles of 1 μm to 100 μm may be referred to simply as "coarse particles" below. On the other hand, particles of 0.01 μm to less than 1 μm may be referred to simply as "fine particles" below. Note that the particle size of a solid substance refers to the circle equivalent diameter by laser diffraction.
前記濾過操作は、特に制限されるものではなく、公知の濾過装置、濾過フィルターを使用して実施することができる。ただし、不要な金属成分を増加させないためには、濾過装置において、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液が接触する可能性のある面は、有機高分子材料で形成されることが好ましい。この有機高分子は、前記に例示したものと同じものが使用できる。 The filtering operation is not particularly limited, and can be carried out using a known filtering device and filter. However, in order to avoid increasing unnecessary metal components, it is preferable that the surfaces of the filtering device that may come into contact with the quaternary alkylammonium hypochlorite solution are made of an organic polymer material. The organic polymers that can be used are the same as those exemplified above.
具体的な濾過フィルターとして、有機高分子材料あるいは無機材料からなる濾過フィルターを使用することが好ましい。例えば、ポリオレフィン製(ポリプロピレン製、ポリエチレン製、超高分子量ポリエチレン製)、ポリスルフォン製、酢酸セルロース製、ポリイミド製、ポリスチレン、前記フッ素系樹脂、および/又は石英繊維製からなる濾過フィルターを挙げることができる。また、濾過フィルターは正に帯電している膜と負に帯電している膜とを組み合わせて使用することが好ましい。この理由は、多くの金属酸化物や金属水酸化物がアルカリ性雰囲気下で負に帯電しており、静電吸着によって正に帯電した濾過フィルターにより効果的に金属成分を除去することが可能となるためである。また一部の金属成分はカチオンの状態で存在していて正に帯電している。このため、負に帯電している濾過フィルターには静電吸着によって効果的にイオン化した金属成分を除去することが可能となる。 As a specific filtration filter, it is preferable to use a filtration filter made of an organic polymer material or an inorganic material. For example, filtration filters made of polyolefin (polypropylene, polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene), polysulfone, cellulose acetate, polyimide, polystyrene, the above-mentioned fluorine-based resin, and/or quartz fiber can be mentioned. In addition, it is preferable to use a filtration filter in combination with a positively charged membrane and a negatively charged membrane. The reason for this is that many metal oxides and metal hydroxides are negatively charged in an alkaline atmosphere, and a positively charged filtration filter by electrostatic adsorption can effectively remove metal components. In addition, some metal components exist in a cationic state and are positively charged. For this reason, a negatively charged filtration filter can effectively remove ionized metal components by electrostatic adsorption.
濾過フィルターの孔径は、特に制限されるものではないが、粗大粒子の除去には孔径が1μm以上の濾過フィルター、あるいは精密濾過フィルターを使用することができる。一方、微粒子の除去には孔径が0.01μm以上1μm未満の精密濾過フィルター、限外濾過フィルター、あるいはナノフィルトレーション膜を使用することができる。 The pore size of the filter is not particularly limited, but a filter with a pore size of 1 μm or more, or a precision filter, can be used to remove coarse particles. On the other hand, a precision filter with a pore size of 0.01 μm or more and less than 1 μm, an ultrafilter, or a nanofiltration membrane can be used to remove fine particles.
以上のような濾過フィルターは、市販のものを使用できる。具体的には、日本インテグリス社製のポリテトラフルオロエチレン製「フロロガードATXフィルター(孔径0.05μm、)」、「クイックチェンジATEフィルター(孔径0.03μm)」、「トレントATEフィルター(孔径0.02μm)」、「フロロラインP-1500(孔径0.05μm、0.1μm)」を使用できる。 The above-mentioned filters can be commercially available. Specifically, the polytetrafluoroethylene "Fluoroguard ATX filter (pore size 0.05 μm)," "Quick Change ATE filter (pore size 0.03 μm)," "Torrent ATE filter (pore size 0.02 μm)," and "Fluoroline P-1500 (pore sizes 0.05 μm, 0.1 μm)" manufactured by Nippon Entegris Co., Ltd. can be used.
以上の濾過操作は、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHを、その用途に適した範囲に調整する前に実施することができる。この場合、一旦濾過操作を行った後、再度、塩素ガスと混合して目的とするpHの次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液とすることができる。また、水、塩化水素等の酸、および/又は水酸化第4級テトラメチルアンモニウム水溶液等のアルカリを混合して目的とするpHの次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液とすることもできる。一方、製造した次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが洗浄液として適したpHである場合には、該溶液を濾過して、そのまま半導体素子を製造する際に使用する洗浄液とすればよい。 The above filtration operation can be performed before adjusting the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution to a range suitable for its application. In this case, after performing the filtration operation once, it can be mixed with chlorine gas again to obtain a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution of the desired pH. It is also possible to obtain a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution of the desired pH by mixing with water, an acid such as hydrogen chloride, and/or an alkali such as an aqueous solution of quaternary tetramethylammonium hydroxide. On the other hand, if the pH of the produced quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is suitable for use as a cleaning solution, the solution can be filtered and used as it is as a cleaning solution for manufacturing semiconductor devices.
このような濾過操作を行うことにより、特に、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛等の金属成分を低減することができる。 By performing such a filtration operation, it is possible to reduce metal components, particularly magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead.
<保存工程>
第1および第2の実施形態における反応工程後、あるいは上記濾過工程の後の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、そのまま洗浄液等の所定の用途に使用できるが、一般には、保存工程(貯蔵、輸送を含む)の後に、使用される。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は単体では保存安定性が悪く、安定化剤の添加が必要とされていた。しかし、安定化剤は有機物残渣の原因となることがあり、改善が求められていたが、以下に説明する保存工程を経ることで、保存安定性がより向上した次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の供給が可能になる。
<Preservation process>
The quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution after the reaction step in the first and second embodiments or after the filtration step can be used as is for a specific purpose such as a cleaning solution, but is generally used after a preservation step (including storage and transportation). The quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution alone has poor storage stability, and the addition of a stabilizer has been required. However, the stabilizer can cause organic residues, and improvements have been required, but by going through the preservation step described below, it is possible to supply a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with improved storage stability.
本発明の好ましい実施形態に係る次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法は、前記反応工程後に、反応液を保存する保存工程を含み、該保存工程において、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の25℃におけるpHが12.0以上、14.0未満となるよう調整する。なお、反応工程後に濾過工程を行い、その後に保存工程を行っても良い。 The method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution according to a preferred embodiment of the present invention includes a storage step of storing the reaction solution after the reaction step, and in the storage step, the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution at 25°C is adjusted to 12.0 or more and less than 14.0. Note that a filtration step may be performed after the reaction step, and then the storage step may be performed.
保存対象である次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の濃度は、特に制限されないが、工業的な製造を考慮すると、所定のpHにおける次亜塩素酸イオンが0.001~20質量%、第4級アルキルアンモニウムイオンが0.001~50質量%、含まれている次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液であることが好ましい。なお、「所定のpH」とは、保存工程におけるpHとして選択された12.0以上、14.0未満の何れかのpHをいう。 The concentration of the quaternary alkylammonium hypochlorite solution to be preserved is not particularly limited, but considering industrial production, it is preferable for the quaternary alkylammonium hypochlorite solution to contain 0.001 to 20% by mass of hypochlorite ions and 0.001 to 50% by mass of quaternary alkylammonium ions at a specified pH. Note that the "specified pH" refers to any pH between 12.0 and less than 14.0 selected as the pH in the preservation process.
その他、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液には、その用途に応じて所望により各種の添加剤を配合してもよい。例えば、添加剤として、金属キレート化剤、錯体化剤、金属溶解促進剤、金属腐食阻害剤、界面活性剤、酸、アルカリなどを加えることができる。これらの添加剤を加えることにより半導体ウエハ処理時に金属溶解の促進または抑制、表面ラフネスの改善、処理速度の向上、パーティクル付着の低減などが期待できるため、これら添加剤を含む洗浄液は半導体ウエハ処理に好適に利用できる。 In addition, various additives may be added to the quaternary alkylammonium hypochlorite solution as desired depending on the application. For example, additives such as metal chelating agents, complexing agents, metal dissolution promoters, metal corrosion inhibitors, surfactants, acids, and alkalis can be added. The addition of these additives is expected to promote or inhibit metal dissolution during semiconductor wafer processing, improve surface roughness, increase processing speed, and reduce particle adhesion, so cleaning solutions containing these additives can be suitably used for semiconductor wafer processing.
好ましい実施形態に係る次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の保存方法は、限定されたpHの範囲で次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を保存する。保存方法について、以下に詳細に記載する。 In a preferred embodiment, the method for storing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution stores the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution in a limited pH range. The storage method is described in detail below.
ここで「保存」とは、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液が25℃におけるpHを12以上14未満の状態で保存を開始してから、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の濃度、及び/またはpHを調整するまでを意味する。なお、pHを調整した後の溶液のpHが12以上14未満である場合、該溶液をさらに保存すれば、それはやはり本発明の保存に該当する。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHが最初から12以上14未満であればそのまま保存すれば良く、pHが12未満又は14以上である場合にはpHを12以上14未満の範囲に調整した後保存すれば良い。 Here, "storage" refers to the period from when storage of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution begins when the pH at 25°C is between 12 and 14, until the concentration and/or pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is adjusted. If the pH of the solution after the pH adjustment is between 12 and 14, further storage of the solution also falls under the storage of the present invention. If the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is between 12 and 14 from the beginning, it may be stored as is, and if the pH is less than 12 or 14 or greater, it may be stored after adjusting the pH to a range between 12 and 14.
なお、溶液のpHは温度に依存し変動することがある。上記のpHは25℃での値を目安とする。実際に溶液を保存する際の液温は25℃に限定はされない。したがって、保存時の条件は、特に限定されることはないが、一般的な保存条件、すなわち、-25~50℃で公知の容器、キャニスター缶や樹脂製の保存容器に保存するのが好ましく、-20~40℃で、遮光できる保存容器、キャニスター缶等の輸送容器や樹脂製の保存容器に不活性ガスを充填して、暗所で保存することが、さらに好ましい。保存する温度が前記範囲を超える場合、長期間の保存の間に次亜塩素酸イオンが熱分解によって酸素分子を形成して容器が膨張し、破損することもある。 The pH of the solution may vary depending on the temperature. The above pH is based on the value at 25°C. The temperature at which the solution is actually stored is not limited to 25°C. Therefore, the storage conditions are not particularly limited, but it is preferable to store the solution under general storage conditions, i.e., at -25 to 50°C in a known container, a canister can, or a plastic storage container, and it is even more preferable to store the solution in a dark place at -20 to 40°C in a light-shielding storage container, a transport container such as a canister can, or a plastic storage container filled with inert gas. If the storage temperature exceeds the above range, hypochlorite ions may thermally decompose to form oxygen molecules during long-term storage, causing the container to expand and even break.
好ましい実施形態では、25℃におけるpHが12以上14未満の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液として保存する。このpHの範囲内であれば、次亜塩素酸イオン濃度が低下せず、長期間の保存が可能である。pHが12未満の場合は、次亜塩素酸イオンの不均化反応が進行し、次亜塩素酸イオンが分解され、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の酸化力が低下する。一方、pHが14以上の場合は、カチオンである有機イオンが分解すると推定される。その結果、有機イオンの嵩高さによって阻害されていた次亜塩素酸イオンの不均化反応が再び進行し、次亜塩素酸イオンが分解すると推定される。25℃におけるpHが12以上13.9未満の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液として保存することが好ましく、25℃におけるpHが12以上13.8未満で保存することがより好ましい。 In a preferred embodiment, the solution is stored as a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution having a pH of 12 or more and less than 14 at 25°C. If the pH is within this range, the hypochlorite ion concentration does not decrease and long-term storage is possible. If the pH is less than 12, the disproportionation reaction of hypochlorite ions proceeds, the hypochlorite ions are decomposed, and the oxidizing power of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution decreases. On the other hand, if the pH is 14 or more, it is estimated that the organic ions, which are cations, decompose. As a result, it is estimated that the disproportionation reaction of hypochlorite ions inhibited by the bulkiness of the organic ions proceeds again, and the hypochlorite ions decompose. It is preferable to store the solution as a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution having a pH of 12 or more and less than 13.9 at 25°C, and more preferably to store the solution at a pH of 12 or more and less than 13.8 at 25°C.
前記の保存方法により、保存安定性が向上する理由は明らかではないが、本発明者らは以下のように推定している。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液中では、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムはその一部が次亜塩素酸イオンと有機イオンに解離しているが、大部分は次亜塩素酸イオンと有機イオンとがイオン結合しており、有機イオンの立体的な嵩高さが、次亜塩素酸イオンの不均化反応を抑制していると推測している。このため、有機イオンの立体的な嵩高さが大きくなるほど、不均化反応を抑制し、保存安定性が向上すると考えられる。有機イオンは嵩高い第4級アルキルアンモニウムイオン、例えば、テトラメチルアンモニウムイオンであれば、十分に不均化反応を抑制できる。 The reason why the storage stability is improved by the above-mentioned storage method is unclear, but the inventors speculate as follows. In the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, some of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite is dissociated into hypochlorite ions and organic ions, but most of the hypochlorite ions are ionic bonds with the organic ions, and it is speculated that the three-dimensional bulkiness of the organic ions suppresses the disproportionation reaction of the hypochlorite ions. For this reason, it is believed that the greater the three-dimensional bulkiness of the organic ions, the more the disproportionation reaction is suppressed and the better the storage stability. If the organic ion is a bulky quaternary alkyl ammonium ion, such as a tetramethylammonium ion, the disproportionation reaction can be sufficiently suppressed.
本発明の保存方法によれば、保存期間が30日でも、好ましくは60日でも、さらに好ましくは90日でも、保存中の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の酸化力は、ほとんど変化しない。したがって、保存後、使用する条件に応じて、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を希釈するのみで、様々な用途に使用することができる。保存期間が長期間になればなるほど、生産性向上の効果を期待することができる。 According to the storage method of the present invention, the oxidizing power of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution during storage hardly changes, even if the storage period is 30 days, preferably 60 days, or even more preferably 90 days. Therefore, after storage, the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be used for various purposes simply by diluting it depending on the conditions of use. The longer the storage period, the greater the effect of improving productivity can be expected.
(希釈工程)
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、その用途に応じて適宜に希釈して用いることがある。希釈工程では、上記保存工程を経て、pH12以上で次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を保存した後、該次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液をpHが12未満の溶液で希釈し、pHを8.0以上12.0未満に調整する。
(Dilution process)
The quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution may be appropriately diluted according to its application. In the dilution step, the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is stored at
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の希釈方法は、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液に含まれる水素イオン濃度を相対的に上昇させることができればよく、水で次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を希釈してもよいし、酸を含む溶液で希釈してもよいし、保存時の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHよりも低いpHの溶液で希釈してもよい。例えば、本発明の保存方法で保存された次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液より低いpHの溶液の例として、アルカリ性の溶液、例えば、pH12未満の水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を挙げることができる。 The method for diluting the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution may be any method capable of relatively increasing the hydrogen ion concentration contained in the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, and the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution may be diluted with water, with a solution containing an acid, or with a solution having a lower pH than the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution during storage. For example, an example of a solution having a lower pH than the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution stored by the storage method of the present invention is an alkaline solution, for example, a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution having a pH of less than 12.
また、前記次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を希釈するために加えられる溶液に、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムが含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。例えば、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムを含む溶液で希釈する場合は、pHを調整するだけでなく、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液濃度を任意に調整することができる。 The solution added to dilute the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution may or may not contain quaternary alkyl ammonium hypochlorite. For example, when diluting with a solution containing quaternary alkyl ammonium hypochlorite, not only can the pH be adjusted but also the concentration of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be adjusted as desired.
なお、本発明において、前記次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を希釈するために加えられる溶液は、pHが0より大きく7以下である溶液で希釈することが好ましい。酸性溶液を使用することで、pH調整にともなう次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウムの濃度低下を小さくできる。pHが0より大きく7以下である溶液の具体例として、例えば、無機酸であれば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、ホウ酸、フッ酸、臭素酸、塩素酸、過塩素酸、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、炭酸等を挙げることができ、有機酸であれば、ギ酸、酢酸、氷酢酸、プロピオン酸、クエン酸、シュウ酸、リンゴ酸、乳酸、安息香酸等を挙げることができる。 In the present invention, the solution added to dilute the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is preferably a solution having a pH greater than 0 and equal to or less than 7. By using an acidic solution, the decrease in concentration of quaternary alkyl ammonium hypochlorite due to pH adjustment can be reduced. Specific examples of solutions having a pH greater than 0 and equal to or less than 7 include inorganic acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, boric acid, hydrofluoric acid, bromic acid, chloric acid, perchloric acid, iodic acid, periodic acid, and carbonic acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, glacial acetic acid, propionic acid, citric acid, oxalic acid, malic acid, lactic acid, and benzoic acid.
その他、希釈するために使用する溶液の不純物濃度が高い場合、得られた希釈液の用途が限定されることから、希釈するために使用する溶液の不純物が少ない方が好ましい。例えば、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を半導体ウエハの処理液として使用する場合、高純度であることが求められるため、高純度な次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液に対して、工業的に容易に高純度化可能な塩酸、硫酸などで、希釈することが好ましい。 In addition, if the solution used for dilution has a high impurity concentration, the applications of the resulting diluted solution are limited, so it is preferable for the solution used for dilution to have a low impurity content. For example, when using a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution as a processing solution for semiconductor wafers, high purity is required, so it is preferable to dilute the high-purity quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with hydrochloric acid, sulfuric acid, or the like, which can be easily purified industrially.
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の希釈方法としては、特に制限されず、公知の方法で希釈すればよい。例えば、容器の2つの供給口から、それぞれ次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液と希釈するために使用する溶液とを供給し、プロペラや回転子を用いて撹拌を行うことで混合する方法を用いてもよいし、ポンプを用いて液を循環することで混合する方法などを採用してもよい。また、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液が保存された容器に、希釈するために使用する溶液を供給して希釈してもよい。 The method for diluting the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is not particularly limited, and dilution may be performed by a known method. For example, a method may be used in which the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution and the solution used for dilution are supplied from two supply ports of the container, respectively, and mixed by stirring using a propeller or rotor, or a method may be adopted in which the liquid is circulated using a pump to mix. In addition, the solution used for dilution may be supplied to a container in which the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is stored, to dilute the solution.
別の希釈方法としては、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液含有組成物を使用する場所において、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液と、希釈するために使用する溶液とを混合することで、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を希釈することもできる。例えば、2つのノズルから、それぞれ次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液と希釈するために使用する溶液をユースポイントに供給すれば、ユースポイントで希釈を行うことができる。この方法は、半導体ウエハを処理する時に特に有効である。 As another dilution method, the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be diluted by mixing the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with a solution used for dilution at the location where the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution-containing composition is used. For example, dilution can be performed at the point of use by supplying the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution and the solution used for dilution from two nozzles, respectively. This method is particularly effective when processing semiconductor wafers.
その他、希釈液を半導体洗浄用に使用する場合には、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液に無機酸または有機酸を加えて希釈する方法を採用することができる。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を供給する配管と無機酸または有機酸を供給する配管とを途中で合流させて混合することで希釈を行い、得られた希釈液を被洗浄面である半導体ウエハに供給する方法がある。この混合は、圧力を付した状態で狭い通路を通して液同士を衝突混合する方法; 配管中にガラス管などの充填物を詰め液体の流れを分流分離、合流させることを繰り返し行う方法; 配管中に動力で回転する羽根を設ける方法など、公知の方法を採用することができる。 In addition, when the diluted solution is used for semiconductor cleaning, a method of diluting the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution by adding an inorganic acid or an organic acid can be adopted. The dilution is performed by merging the pipe supplying the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with the pipe supplying the inorganic acid or the organic acid midway and mixing them, and the resulting diluted solution is supplied to the semiconductor wafer, which is the surface to be cleaned. This mixing can be performed by a method in which the liquids are mixed by collision through a narrow passage under pressure; a method in which the pipe is filled with a filler such as a glass tube and the flow of the liquid is repeatedly divided, separated, and merged; or a method in which a blade that rotates by power is provided in the pipe.
以上の通り、希釈工程を採用することにより、使用時のpHで次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を保存した場合に比べ、酸化力を安定に保持した希釈液を利用することが可能となる。一般に次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を洗浄液等として使用する場合には、pHを8~12程度に希釈するが、このpHで次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を保存すると、次亜塩素酸イオン濃度が低下し、洗浄性は低下する。しかし、上記保存工程を経て保存した後に、上記の希釈工程を経ることで、次亜塩素酸イオン濃度の高い希釈液(洗浄液)が得られる。 As described above, by adopting the dilution process, it is possible to use a diluted solution that stably maintains its oxidizing power compared to when the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is stored at the pH at which it will be used. Generally, when using a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution as a cleaning solution, the pH is diluted to about 8 to 12. However, if the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is stored at this pH, the hypochlorite ion concentration decreases and the cleaning properties decrease. However, by storing the solution through the above storage process and then through the above dilution process, a diluted solution (cleaning solution) with a high hypochlorite ion concentration can be obtained.
(半導体ウエハの処理方法)
本発明の処理方法は、半導体ウエハにダメージを与えることなく、半導体ウエハに存在する種々の金属およびその化合物をエッチング、洗浄、除去できる処理方法である。ただし、処理の対象物がこれに限定される訳ではなく、当然のことながら、表面に金属類を有さない半導体ウエハの洗浄にも利用できるし、金属のウェットエッチングなどにも使用することができる。
(Method of Processing Semiconductor Wafer)
The processing method of the present invention is a processing method capable of etching, cleaning, and removing various metals and their compounds present on a semiconductor wafer without damaging the semiconductor wafer. However, the subject of the processing is not limited to this, and the processing method can be used to clean semiconductor wafers that do not have metals on their surfaces, and can also be used for wet etching of metals.
本発明の処理方法の対象は、銅、タングステン、タンタル、チタン、コバルト、ルテニウム、マンガン、アルミニウム、シリコン、酸化シリコン、及びこれらの化合物よりなる群から選択される少なくとも1種を含む化合物を有する半導体ウエハであることが好ましい。本発明は、次亜塩素酸イオンの強力な酸化作用を有効に発揮することができるため、前記の金属の中でも容易に酸化されない貴金属類の処理に好適に使用することができる。したがって、本発明の処理方法は、貴金属類、特に、ルテニウムを洗浄、除去する場合に、好適に使用することができる。例えば、ルテニウムを洗浄、除去する場合であれば、公知の洗浄方法を採用すればよい。 The subject of the treatment method of the present invention is preferably a semiconductor wafer having at least one compound selected from the group consisting of copper, tungsten, tantalum, titanium, cobalt, ruthenium, manganese, aluminum, silicon, silicon oxide, and compounds thereof. Since the present invention can effectively exert the strong oxidizing action of hypochlorite ions, it can be suitably used for treating precious metals that are not easily oxidized among the above metals. Therefore, the treatment method of the present invention can be suitably used when cleaning and removing precious metals, particularly ruthenium. For example, when cleaning and removing ruthenium, a known cleaning method can be adopted.
以上のように、本発明の保存方法によれば、製造後30日経過しても、洗浄、除去力を十分に保つことができる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を提供することができる。このように、保存安定性に優れた次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を提供することにより、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の運搬や保存に関わるコストが低減でき、工業的に非常に重要である。 As described above, the storage method of the present invention can provide a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution that can adequately maintain its cleaning and removing power even 30 days after production. In this way, by providing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with excellent storage stability, the costs associated with transporting and storing the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can be reduced, which is of great industrial importance.
<次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液>
第2実施形態の製造方法、さらには濾過工程を経ることで、金属成分の含有量が低減された次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を製造できる。なお、当然のことながら、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の溶媒は、原料である水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液の溶媒と同じであるが、本発明の効果を阻害しない範囲で他の溶媒を加えることもできる。ただし、操作性、取り扱い易さ、汎用性等を考慮すると、次亜塩素
酸第4級アルキルアンモニウム溶液の溶媒は、水であることが好ましい。
<Quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution>
By going through the manufacturing method of the second embodiment and the filtration process, a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution with reduced metal component content can be manufactured. Of course, the solvent of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is the same as the solvent of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution, which is the raw material, but other solvents can also be added within a range that does not impair the effects of the present invention. However, considering operability, ease of handling, versatility, etc., the solvent of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is preferably water.
第2実施形態の製造方法、さらには濾過工程を経ることで、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、金属成分、具体的には、ナトリウム、カリウム、およびアルミニウムの含有量をそれぞれ1ppb(質量基準)未満とすることができる。これら金属成分の含有量は、実施例に示す誘導結合プラズマ質量分析法によって測定した値である。 By using the manufacturing method of the second embodiment and the filtration process, the resulting quaternary alkylammonium hypochlorite solution can have metal components, specifically, sodium, potassium, and aluminum, each of which is less than 1 ppb (by mass). The contents of these metal components are values measured by inductively coupled plasma mass spectrometry as shown in the examples.
さらには、前記で説明した濾過操作等を行うことにより、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の含有量をそれぞれ1ppb(質量基準)未満とすることができる。これら金属成分の含有量も、実施例に示す誘導結合プラズマ質量分析法によって測定した値である。 Furthermore, by carrying out the filtration operation described above, the resulting quaternary alkylammonium hypochlorite solution can have magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead contents of less than 1 ppb (by mass). The contents of these metal components are also values measured by inductively coupled plasma mass spectrometry as shown in the examples.
そのため、最も好ましくは、次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の含有量がそれぞれ1ppb未満であることが好ましい。次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液中における金属成分の形態は特に限定はされず、金属原子あるいはイオンとして含まれていても良く、また酸化物や水酸化物といった微粒子、錯体などの形態であっても良い。 Therefore, most preferably, the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution contains less than 1 ppb of each of sodium, potassium, aluminum, magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead. The form of the metal components in the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is not particularly limited, and they may be contained as metal atoms or ions, or may be in the form of fine particles such as oxides or hydroxides, complexes, etc.
また、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液のpHは、特に制限されるものではなく、使用する用途に応じて、適宜決定すればよい。例えば、pHが12.5を超えるものである場合には、フォトレジスト除去剤(現像液)として使用することもできるし、半導体素子を形成する際の貴金属層の平坦化に使用することもできる。 The pH of the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is not particularly limited and may be appropriately determined depending on the intended use. For example, if the pH is greater than 12.5, it can be used as a photoresist remover (developer) or for planarizing precious metal layers when forming semiconductor elements.
中でも、pHを9.0以上12.5以下とすることにより、得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液は、貴金属類のエッチング処理に使用することもできる。この場合、高いpHの水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液に塩素ガスを供給しながら、pHを9.0以上12.5以下とすることができるため、製造も容易である。加えて、製造中、あるいは製造後に、濾過操作を行うことにより、より金属成分の含有量を低減することも可能となる。 In particular, by adjusting the pH to 9.0 or more and 12.5 or less, the resulting quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution can also be used for etching precious metals. In this case, the pH can be adjusted to 9.0 or more and 12.5 or less while supplying chlorine gas to the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with a high pH, making it easy to manufacture. In addition, by performing a filtration operation during or after manufacture, it is possible to further reduce the content of metal components.
また、本発明で得られる次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液には、一般的な安定化剤であるベンゾトリアゾール類、ベンゾフェノン類、オキザニリド類、その他、サリシレート類等の公知の添加剤を配合することもできる。該安定化剤を添加することによって保存安定性が良好となる。 The quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution obtained by the present invention can also be blended with known additives such as common stabilizers such as benzotriazoles, benzophenones, oxanilides, and salicylates. The addition of such stabilizers improves storage stability.
次に、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。先ず、使用した測定装置、及び各成分の製造方法等について説明する。 Next, the present invention will be described in detail using examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the examples. First, the measuring device used and the manufacturing method of each component will be described.
<pH測定方法>
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液、および次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液30mLを、卓上型pHメーター(LAQUA F―73、堀場製作所社製)を用いてpH測定した。pH測定は、23℃で安定した後に、実施した。
<pH measurement method>
The pH of each of the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution and the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution (30 mL) was measured using a tabletop pH meter (LAQUA F-73, manufactured by Horiba, Ltd.) The pH measurement was performed after the solution was stabilized at 23°C.
<有効塩素濃度および次亜塩素酸イオン濃度の算出方法>
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液を、100mL三角フラスコに処理液0.5mLとヨウ化カリウム(富士フイルム和光純薬工業社製、試薬特級)2g、10質量%酢酸8mL、超純水10mLを加え、固形物が溶解するまで撹拌し、褐色溶液を得る。
<How to calculate available chlorine concentration and hypochlorite ion concentration>
To prepare the quaternary alkylammonium hypochlorite solution, 0.5 mL of the treatment solution, 2 g of potassium iodide (Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, special grade reagent), 8 mL of 10% by mass acetic acid, and 10 mL of ultrapure water were added to a 100 mL Erlenmeyer flask and stirred until the solids were dissolved to obtain a brown solution.
調整した褐色溶液は、0.02Mチオ硫酸ナトリウム溶液(富士フイルム和光純薬工業社製、容量分析用)を用いて溶液の色が褐色から極薄い黄色になるまで酸化還元滴定し、次いで、でんぷん溶液を加え薄紫色の溶液を得る。 The brown solution thus prepared is subjected to redox titration using 0.02 M sodium thiosulfate solution (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for volumetric analysis) until the color of the solution changes from brown to very pale yellow, and then starch solution is added to obtain a pale purple solution.
この溶液に、更に0.02Mチオ硫酸ナトリウム溶液を続けて加え、無色透明になった点を終点として有効塩素濃度を算出した。また、得られた有効塩素濃度から次亜塩素酸イオン濃度を算出した。例えば、有効塩素濃度1質量%であれば次亜塩素酸イオン濃度は0.73質量%となる。 0.02 M sodium thiosulfate solution was then added to this solution, and the effective chlorine concentration was calculated using the point at which the solution became colorless and transparent as the end point. The hypochlorite ion concentration was also calculated from the effective chlorine concentration obtained. For example, if the effective chlorine concentration is 1% by mass, the hypochlorite ion concentration is 0.73% by mass.
<気相部の二酸化炭素濃度の算出方法>
反応溶液内の気相部の二酸化炭素濃度は、CO2モニター(CUSTOM社製、CO2-M1)を用いて測定した。
<Calculation method for carbon dioxide concentration in the gas phase>
The carbon dioxide concentration in the gas phase of the reaction solution was measured using a CO 2 monitor (CO 2 -M1, manufactured by CUSTOM).
<反応効率>
供給した塩素分子のモル数に対する生成した次亜塩素酸イオンのモル数の割合(%)から反応効率を求めた。加えた塩素が全量反応した場合(分解が起こっていない)は、反応効率は100%となる。反応中に次亜塩素酸イオンが分解した場合は反応効率が低下する。
<Reaction efficiency>
The reaction efficiency was calculated from the ratio (%) of the number of moles of hypochlorite ions generated to the number of moles of chlorine molecules supplied. If the entire amount of chlorine added reacts (no decomposition occurs), the reaction efficiency is 100%. If hypochlorite ions decompose during the reaction, the reaction efficiency decreases.
<保存安定性の評価方法1>
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液をグローブバッグ内に移し、グローブバッグ内の二酸化炭素濃度が1ppm以下になった後、PFA製容器に移し替え、密閉した。次に、23℃の遮光された環境で10日間保管後、PFA製容器内の次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の次亜塩素酸イオン濃度を測定した。次亜塩素酸イオン濃度比(10日後濃度/初期濃度)が60%以上100%以下を良好、60%未満を不良とした。
<Evaluation method 1 for storage stability>
The quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution is transferred into a glove bag, and after the carbon dioxide concentration in the glove bag becomes 1 ppm or less, it is transferred into a PFA container and sealed.Then, after storing in a light-shielded environment at 23°C for 10 days, the hypochlorite ion concentration of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution in the PFA container is measured.The hypochlorite ion concentration ratio (concentration after 10 days/initial concentration) is rated as good if it is 60% or more and 100% or less, and as bad if it is less than 60%.
<保存安定性の評価方法2>
次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液をグローブバッグ内に移し、グローブバッグ内の二酸化炭素濃度が1ppm以下になってからPFA製容器に移し替えた。次に、二酸化炭素濃度が1ppm以下であり、23℃の遮光された環境で30日間保存後、PFA製容器内の次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液中の次亜塩素酸イオン濃度を測定した。次亜塩素酸残存率(30日経過後の次亜塩素酸イオン濃度/初期次亜塩素酸イオン濃度)が50%以上を良好とし、50%未満では、実用上使用が困難となる問題を発生させることがあるため、不良と評価した。
<Evaluation method 2 for storage stability>
The tetramethylammonium hypochlorite solution is transferred into a glove bag, and after the carbon dioxide concentration in the glove bag becomes 1 ppm or less, it is transferred into a PFA container. Next, the carbon dioxide concentration is 1 ppm or less, and after storing in a light-shielded environment at 23°C for 30 days, the hypochlorite ion concentration in the tetramethylammonium hypochlorite solution in the PFA container is measured. A hypochlorite residual rate (hypochlorite ion concentration after 30 days/initial hypochlorite ion concentration) of 50% or more is considered good, and a hypochlorite residual rate of less than 50% is considered bad because it may cause problems that make it difficult to use in practical use.
<ルテニウムのエッチング速度の算出方法>
シリコンウエハ上にバッチ式熱酸化炉を用いて酸化膜を形成し、その上にスパッタ法を用いてルテニウムを200Å(±10%)成膜した。四探針抵抗測定器(ロレスタ‐GP、三菱ケミカルアナリテック社製)によりシート抵抗を測定して膜厚に換算した。具体的には、得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を30ml、ビーカーに準備し、次いで、pHが12超である次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液については無機酸、有機酸で所望のpHとなるように希釈し、測定溶液を得た。この測定溶液に10×20mmにカットしたルテニウム付きウエハの各サンプル片を、1分間浸漬し、処理前後の膜厚変化量を浸漬した時間で除した値をエッチング速度として算出し、ルテニウムエッチング速度として評価した。エッチング速度はpHが大きい程遅くなることが分かっている。したがって各pHにおいて実用上使用が可能な範囲を次のように決めた。pH9.1のときはルテニウムエッチング速度300Å/分以上を良好とし、300Å/分未満を不良と評価した。pH9.5のときは100Å/分以上を良好とし、100Å/分未満を不良と評価した。pH10.5のときは20Å/分以上を良好とし、20Å/分未満を不良と評価した。pH11.0のときは5Å/分以上を良好とし、5Å/分未満を不良と評価した。
<Calculation method for ruthenium etching rate>
An oxide film was formed on a silicon wafer using a batch-type thermal oxidation furnace, and a ruthenium film of 200 Å (±10%) was formed thereon using a sputtering method. The sheet resistance was measured using a four-point probe resistance meter (Loresta-GP, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) and converted into a film thickness. Specifically, 30 ml of the obtained tetramethylammonium hypochlorite solution was prepared in a beaker, and then the tetramethylammonium hypochlorite solution with a pH of more than 12 was diluted with an inorganic acid or an organic acid to a desired pH to obtain a measurement solution. Each sample piece of a ruthenium-attached wafer cut to 10×20 mm was immersed in this measurement solution for 1 minute, and the change in film thickness before and after the treatment was divided by the immersion time to calculate the etching rate, which was evaluated as the ruthenium etching rate. It is known that the etching rate becomes slower as the pH increases. Therefore, the range that can be practically used at each pH was determined as follows. At pH 9.1, a ruthenium etching rate of 300 Å/min or more was evaluated as good, and less than 300 Å/min was evaluated as bad. At pH 9.5, a rate of 100 Å/min or more was rated as good, and a rate of less than 100 Å/min was rated as bad.At pH 10.5, a rate of 20 Å/min or more was rated as good, and a rate of less than 20 Å/min was rated as bad.At pH 11.0, a rate of 5 Å/min or more was rated as good, and a rate of less than 5 Å/min was rated as bad.
<次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液中の金属濃度測定方法>
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液中の金属濃度測定には、高分解能誘導結合プラズマ質量分析を用いた。
<Method for measuring metal concentration in quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution>
High-resolution inductively coupled plasma mass spectrometry was used to measure the metal concentrations in the quaternary alkylammonium hypochlorite solutions.
25mLのポリフルオロアルキルエーテル(PFA)製メスフラスコ(AsOne製、PFAメスフラスコ)に、超純水と1.25mLの高純度硝酸(関東化学社製、Ultrapure-100硝酸)を加えた。次いで、ピペット(AsOne社製、ピペットマンP1000)とフッ素樹脂製ピペットチップ(AsOne製、フッ素樹脂ピペットチップ)を用いて次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液0.25mLを採取し、PFAメスフラスコに加えて撹拌した。次いで、超純水でメスアップし、100倍希釈した測定試料を準備した。さらに、高分解能誘導結合プラズマ質量分析装置(ThermoFisher Scientific社製、Element2)を使用し、検量線法で金属量を定量した。なお、マトリックスによる感度増減を確認するため、測定溶液に2ppbとなるよう不純物を添加したものも測定した。なお、測定条件は、RF出力が1500W、アルゴンガス流量はプラズマガスが15L/分、補助ガスが1.0L/分、ネブライザーガスが0.7L/分であった。 Ultrapure water and 1.25 mL of high-purity nitric acid (Ultrapure-100 nitric acid, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) were added to a 25 mL polyfluoroalkyl ether (PFA) measuring flask (AsOne, PFA measuring flask). Next, 0.25 mL of quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution was collected using a pipette (AsOne, Pipetman P1000) and a fluororesin pipette tip (AsOne, fluororesin pipette tip), added to the PFA measuring flask and stirred. Next, the measurement sample was prepared by diluting the solution 100 times with ultrapure water. Furthermore, the amount of metal was quantified by the calibration curve method using a high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometer (ThermoFisher Scientific, Element2). In order to confirm the increase or decrease in sensitivity due to the matrix, a measurement solution to which impurities were added to make 2 ppb was also measured. The measurement conditions were RF output of 1500 W, argon gas flow rate of plasma gas of 15 L/min, auxiliary gas of 1.0 L/min, and nebulizer gas of 0.7 L/min.
<実施例1>
<次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液調整>
2Lのガラス製三ツ口フラスコ(コスモスビード社製)にCO2含有量が2ppmである25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液253g、イオン交換水747gを混合して、CO2含有量が0.5ppmであり、6.3質量%のTMAH水溶液を得た。このときのpHは13.8であった。なお、実験室内のCO2濃度は350ppmであった。
Example 1
<Preparation of tetramethylammonium hypochlorite solution>
253 g of 25 mass% tetramethylammonium hydroxide (TMAH) aqueous solution with a CO2 content of 2 ppm and 747 g of ion-exchanged water were mixed in a 2 L glass three-neck flask (manufactured by Cosmos Bead Co., Ltd.) to obtain a TMAH aqueous solution with a CO2 content of 0.5 ppm and a CO2 content of 6.3 mass%. The pH at this time was 13.8. The CO2 concentration in the laboratory was 350 ppm.
次いで、図1に示すように、三ツ口フラスコ11の内に回転子14(AsOne社製、全長30mm×径8mm)を入れ、一つの開口部に温度計保護管12(コスモスビード社製、底封じ型)と熱電対13を投入し、もう一つの開口部に塩素ガスボンベ、および窒素ガスボンベに接続され、任意で塩素ガス/窒素ガスの切換えが可能な状態にしたPFA製チューブ15(フロン工業株式会社製、F-8011-02)の先端を該溶液底部に浸漬させ、残りの一つの開口部は5質量%の水酸化ナトリウム水溶液17で満たしたガス洗浄瓶16(AsOne社製、ガス洗浄瓶、型番2450/500)に接続した。次に、二酸化炭素濃度が1ppm未満の窒素ガスをPFA製チューブから、0.289Pa・m3/秒(0℃換算時)で20分間流すことで気相部の二酸化炭素を追いだした。この時、フラスコ内の気相部の二酸化炭素濃度は、1ppm以下であった。
Next, as shown in Fig. 1, a rotor 14 (AsOne, total length 30 mm x diameter 8 mm) was placed in a three-
その後、マグネットスターラー(AsOne社製、C-MAG HS10)を三ツ口フラスコ下部に設置して300rpmで回転、撹拌し、三ツ口フラスコ外周部を氷水10で冷却しながら、塩素ガス(フジオックス社製、仕様純度99.4%)を0.064Pa・m3/秒(0℃換算時)で180分間、供給し、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を得た。この時、反応中の液温は11℃であった。
Thereafter, a magnetic stirrer (AsOne Corp., C-MAG HS10) was placed at the bottom of the three-neck flask and rotated and stirred at 300 rpm, and while the outer periphery of the three-neck flask was cooled with
得られた溶液はガラス製三ツ口フラスコに入った状態で大気と接触しないようにグローブバッグ内に移し、グローブバッグ内の二酸化炭素濃度が1ppm以下になった後、1LのPFA製容器に移し替えた。 The resulting solution was placed in a three-necked glass flask and transferred into a glove bag to avoid contact with the air. After the carbon dioxide concentration in the glove bag reached 1 ppm or less, the solution was transferred into a 1 L PFA container.
<評価>
二酸化炭素濃度が1ppm以下となっているグローブバッグ中で、得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液薬液30mLをフッ素樹脂容器に注ぎ、pHと有効塩素濃度を評価し、pHは13.0、次亜塩素酸イオン濃度は1.59質量%となっていることを確認した。
<Evaluation>
In a glove bag where the carbon dioxide concentration was 1 ppm or less, 30 mL of the obtained tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution was poured into a fluororesin container, and the pH and available chlorine concentration were evaluated, and it was confirmed that the pH was 13.0 and the hypochlorite ion concentration was 1.59 mass%.
次いで、二酸化炭素濃度1ppm以下、保管温度23℃の環境下で10日間保存した次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液薬液30mLをフッ素樹脂容器に注ぎ、pHと有効塩素濃度を評価した。この時、pHは13.0、次亜塩素酸イオン濃度は1.59質量%となっており、pHと有効塩素濃度が大きく変化していないことを確認した。 Next, 30 mL of the aqueous solution of tetramethylammonium hypochlorite that had been stored for 10 days in an environment with a carbon dioxide concentration of 1 ppm or less and a storage temperature of 23°C was poured into a fluororesin container, and the pH and available chlorine concentration were evaluated. At this time, the pH was 13.0 and the hypochlorite ion concentration was 1.59 mass%, confirming that the pH and available chlorine concentration had not changed significantly.
<実施例2~7>
実施例2~7は、(A)TMAH溶液の質量濃度と(B)TMAH溶液のpH、(C)塩素の供給量と(D)供給速度、(E)反応温度、(F)気相中の二酸化炭素濃度が、表1に示した条件となるように調整した他は、実施例1と同様の方法で次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を調製し、評価を行った。なお、実施例7では反応中の冷却は行わず、反応温度は25℃から35℃に上昇した。
<Examples 2 to 7>
In Examples 2 to 7, tetramethylammonium hypochlorite solutions were prepared and evaluated in the same manner as in Example 1, except that (A) the mass concentration of the TMAH solution, (B) the pH of the TMAH solution, (C) the amount of chlorine supplied, (D) the supply rate, (E) the reaction temperature, and (F) the carbon dioxide concentration in the gas phase were adjusted to satisfy the conditions shown in Table 1. In Example 7, cooling was not performed during the reaction, and the reaction temperature was increased from 25° C. to 35° C.
<比較例1>
2Lのガラスビーカー(AsOne社製)にCO2含有量が2ppmである25質量%のTMAH水溶液233g、イオン交換水767gを混合して5.8質量%のTMAH水溶液を得た。このときのpHは13.8であった。次いで、図3に示すようにガラスビーカー21内に回転子24(AsOne社製、全長30mm×径8mm)を入れ、次いで温度計保護管22(コスモスビード社製、底封じ型)と熱電対23を投入し、塩素ガスボンベに接続されたPFAチューブ25(フロン工業株式会社製、F-8011-02)の先端を該溶液底部に浸漬させた。この時、気相部の二酸化炭素濃度は、350ppmであった。
<Comparative Example 1>
233 g of a 25% by mass TMAH aqueous solution with a CO2 content of 2 ppm and 767 g of ion-exchanged water were mixed in a 2 L glass beaker (manufactured by AsOne) to obtain a 5.8% by mass TMAH aqueous solution. The pH at this time was 13.8. Next, as shown in FIG. 3, a rotor 24 (manufactured by AsOne, total length 30 mm x diameter 8 mm) was placed in a
その後、マグネットスターラー(AsOne社製、C-MAG HS10)をガラスビーカー下部に設置して300rpmで回転させながら、ガラスビーカー外周部を氷水28で冷却しながら塩素ガス(フジオックス社製、仕様純度99.4%)を0.064Pa・m3/秒(0℃換算時)で180分間、供給し、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を得た。この時、反応中の液温は11℃であった。
Thereafter, a magnetic stirrer (AsOne Corp., C-MAG HS10) was placed under the glass beaker and rotated at 300 rpm, while the outer periphery of the glass beaker was cooled with
得られた溶液は大気と接触しないようにグローブバッグ内に移し、グローブバッグ内の二酸化炭素濃度が1ppm以下になった後、1LのPFA製容器に移し替えた。 The resulting solution was transferred into a glove bag to avoid contact with the air, and after the carbon dioxide concentration in the glove bag reached 1 ppm or less, it was transferred into a 1 L PFA container.
<比較例2~3>
比較例2~3は、(A)水酸化テトラメチルアンモニウム溶液の質量濃度と(B)水酸化テトラメチルアンモニウム溶液のpH、(C)塩素の供給量と(D)供給速度、(E)反応温度、(F)気相中の二酸化炭素濃度が、表1に示した条件となるように調整した他は、比較例1と同様の方法で次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を調製し、評価を行った。
<Comparative Examples 2 to 3>
In Comparative Examples 2 and 3, a tetramethylammonium hypochlorite solution was prepared and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1, except that (A) the mass concentration of the tetramethylammonium hydroxide solution, (B) the pH of the tetramethylammonium hydroxide solution, (C) the amount of chlorine supplied, (D) the supply rate, (E) the reaction temperature, and (F) the carbon dioxide concentration in the gas phase were adjusted to satisfy the conditions shown in Table 1.
評価結果を表2に示した。なお、表中、TMAHは水酸化テトラメチルアンモニウム溶液を示す。 The evaluation results are shown in Table 2. In the table, TMAH stands for tetramethylammonium hydroxide solution.
<実施例11>
<次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液調整>
図2に示すように、容量2Lのポリテトラフルオロエチレン製の反応容器(AsOne社製、反応用円筒型容器C型2000cc)にポリテトラフルオロエチレン製ハーフジョイント49(AsOne社製、ハーフメスジョイントI型6φ)を複数接続できるように加工した反応容器32を準備し、該反応容器32に25質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液253g、超純水747gを混合して6.3質量%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を得た。この水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液に含まれるナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の含有量はそれぞれ1ppb未満であることを確認した。また、二酸化炭素濃度は5ppm(質量基準)であった。また、このときのpH(23℃)は13.8であった。
Example 11
<Preparation of tetramethylammonium hypochlorite solution>
As shown in FIG. 2, a
該反応容器32の中心に撹拌棒37(AsOne社製、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製 撹拌棒・攪拌羽付き、全長450mm×径8mm)を設置し、上部を撹拌モーター36(新東科学社製、スリーワンモーターBLh600)で固定した。反応中の温度をモニタリングできるように、反応容器32に温度計35をセットした。
A stirring rod 37 (AsOne, polytetrafluoroethylene (PTFE) stirring rod with stirring blades, total length 450 mm x diameter 8 mm) was placed in the center of the
塩素ガス(塩素ガス導入管39)/窒素ガス(窒素ガス供給管41)の切換えが可能な状態にしたテトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体製のガス導入管40(フロン工業社製、PFAチューブ)の先端を該溶液底部(水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液33)に浸漬させた。 The tip of a gas inlet pipe 40 (PFA tube, manufactured by Fluoron Industries Co., Ltd.) made of tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, which was capable of switching between chlorine gas (chlorine gas inlet pipe 39) and nitrogen gas (nitrogen gas supply pipe 41), was immersed in the bottom of the solution (tetramethylammonium hydroxide aqueous solution 33).
また、一つのハーフジョイントは、塩素ガス排出管46を介して、5質量%の水酸化ナトリウム水溶液で満たした塩素ガストラップ47(AsOne社製、ガス洗浄瓶)に接続した。
One half joint was connected to a chlorine gas trap 47 (gas washing bottle, manufactured by AsOne) filled with 5% by mass sodium hydroxide aqueous solution via a chlorine
また、一つのハーフジョイントとマグネットポンプ43(AsOne社製、テフロン(登録商標)で表面を被覆したマグネットポンプ)の入口側を反応液移送管42である、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体製チューブ(フロン工業社製、PFAチューブ)で接続し、次いで出口側を濾過フィルター44(日本インテグリス社製、フロロガードAT、孔径0.1μm)、および反応液移送管42と同じ材質からなる反応液返送管45で接続した。
The inlet side of one half joint and a magnetic pump 43 (a magnetic pump with a surface coated with Teflon (registered trademark), manufactured by AsOne) was connected with a tube made of tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA tube, manufactured by Fluoron Industries Co., Ltd.), which constitutes a reaction
次に、二酸化炭素濃度が1ppm未満の窒素ガスを、窒素ガス供給管41、ガス供給管40(テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体製チューブ(フロン工業社製、PFAチューブ))を介して0.29Pa・m3/secで20分間流すことにより、反応容器32内における気相部の二酸化炭素を追いだした。
Next, nitrogen gas with a carbon dioxide concentration of less than 1 ppm was flowed through nitrogen
その後、前記撹拌モーター36を300rpmで回転し、反応容器32の外周部を反応浴48(氷水)で冷却しながら、塩素ガス(市販品;仕様純度99.999% 水分量0.5ppm(質量基準)以下、二酸化炭素1ppm(質量基準)以下)を0.064Pa・m3/secで180分間、供給して次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を得た(塩素ガスの全使用量6810mL。)。この時、反応中の液温は11℃であった。また、塩素ガスを供給しながら反応を行う際に、ポンプ43を起動し、濾過操作を行いながら次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を製造した(反応溶液のpH(23℃)が13.5以下となった場合においても、濾過操作を実施した。)。
担当>流量を直しました。
Thereafter, the stirring
Staff: The flow rate has been corrected.
得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液のpH、次亜塩素酸イオン濃度を評価し、pHは13.0、次亜塩素酸イオン濃度は1.59質量%であった。次いで、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液中の金属濃度を<次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液中の金属原子濃度測定方法>に従って測定したところ、金属の含有量は、いずれも1ppb未満であった。結果を表4に示す。 The pH and hypochlorite ion concentration of the resulting tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution were evaluated, and the pH was 13.0 and the hypochlorite ion concentration was 1.59 mass%. Next, the metal concentration in the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution was measured according to the method for measuring metal atom concentration in a quaternary alkylammonium hypochlorite solution, and the metal content was less than 1 ppb in both cases. The results are shown in Table 4.
<実施例12、13>
実施例12、13は、表3に示す条件、すなわち、(A)TMAH水溶液の質量濃度(ただし、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の含有量が1ppb未満であり、二酸化炭素は2ppmのものを使用した。)が、表3に示した条件となるように調整した他は実施例11と同様にして、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を製造し、その金属含有量を調べた。
<Examples 12 and 13>
In Examples 12 and 13, an aqueous solution of tetramethylammonium hypochlorite was produced and its metal content was examined in the same manner as in Example 11, except that the conditions shown in Table 3 were met, that is, the mass concentration of (A) the aqueous TMAH solution (wherein the contents of sodium, potassium, aluminum, magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead were less than 1 ppb, and the carbon dioxide content was 2 ppm) was adjusted to meet the conditions shown in Table 3.
ただし、実施例12においては、全塩素ガスを供給した後、塩素ガスの供給を止めてからポンプ43を起動して濾過操作を行った。実施例13においては、該濾過操作を行わなかった。結果を表4に示した。 However, in Example 12, after all the chlorine gas was supplied, the supply of chlorine gas was stopped, and then pump 43 was started to perform the filtration operation. In Example 13, the filtration operation was not performed. The results are shown in Table 4.
<比較例11>
反応容器32として、1000mLのガラス製反応容器(柴田科学社製、1Lセパラブル反応容器)に摺合わせサイズ19/38mmのガラス製側管を加工した物を使用した以外は、実施例11と同じ条件で次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を製造した。比較例11においては、製造中に濾過を実施した。条件を表3に示し、結果を表4に示した。
<Comparative Example 11>
A tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution was produced under the same conditions as in Example 11, except that a 1000 mL glass reaction vessel (manufactured by Shibata Scientific, 1 L separable reaction vessel) with a glass side tube having a joint size of 19/38 mm was used as the
<比較例12>
反応容器32として、1000mLのガラス製三ツ口フラスコ(AsOne社製、三口ガラスフラスコ)を使用し、表3に示した条件で次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を製造した。その他の条件は、実施例12に従った。また、実施例12と同じ条件で濾過を行った。結果を表4に示した。
<Comparative Example 12>
A 1000 mL glass three-neck flask (AsOne, three-neck glass flask) was used as the
<比較例13>
反応容器32として、1000mLのガラス製三ツ口フラスコ(AsOne社製、三口ガラスフラスコ)を使用した以外は、表3に示した条件で次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液を製造した。その他の条件は、実施例13に従った。結果を表4に示した。
<Comparative Example 13>
A tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution was produced under the conditions shown in Table 3, except that a 1000 mL glass three-neck flask (AsOne, three-neck glass flask) was used as the
<実施例14>
実施例11で得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液100mLに、35.0質量%の高純度塩酸を0.8mL加え、pH(23℃)を9.6に調整した(PFA製の容器内で調製した。)。得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液は、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マグネシウム、鉄、ニッケル、銅、銀、カドミウム、および鉛の含有量は、それぞれ1ppb未満であることを確認した。
<Example 14>
0.8 mL of 35.0 mass% high purity hydrochloric acid was added to 100 mL of the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution obtained in Example 11, and the pH (23°C) was adjusted to 9.6 (prepared in a PFA container). It was confirmed that the sodium, potassium, aluminum, magnesium, iron, nickel, copper, silver, cadmium, and lead contents of the obtained tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution were each less than 1 ppb.
<ルテニウムのエッチング性能評価>
シリコンウエハ上にバッチ式熱酸化炉を用いて酸化膜を形成し、その上にスパッタ法を用いてルテニウムを1000Å(±10%)成膜した。四探針抵抗測定器(ロレスタ‐GP、三菱ケミカルアナリテック社製)によりシート抵抗を測定して膜厚に換算した。
<Ruthenium Etching Performance Evaluation>
An oxide film was formed on a silicon wafer using a batch-type thermal oxidation furnace, and a ruthenium film was formed thereon to a thickness of 1000 Å (±10%) using a sputtering method. The sheet resistance was measured using a four-point probe resistance meter (Loresta-GP, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.) and converted into film thickness.
実施例14で得られたpH9.6の次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液30mLをビーカー(PFA製のビーカー)に入れ、洗浄液中に10×20mmとした各サンプル片を、1分間浸漬し、処理前後の膜厚変化量を浸漬した時間で除した値をエッチング速度として算出したところ、エッチング速度は100Å/分以上であった。 30 mL of the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution with a pH of 9.6 obtained in Example 14 was placed in a beaker (a PFA beaker), and each sample piece measuring 10 x 20 mm was immersed in the cleaning solution for 1 minute. The etching rate was calculated by dividing the change in film thickness before and after treatment by the immersion time, and the etching rate was found to be 100 Å/min or more.
<実施例21>
実施例1と同様にして、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を得た。得られた水溶液はガラス製三ツ口フラスコに入った状態で大気と接触しないようにグローブバッグ内に移し、グローブバッグ内の二酸化炭素濃度が1ppm以下になってから1LのPFA容器に移し替えた。
<Example 21>
A tetramethylammonium hypochlorite solution was obtained in the same manner as in Example 1. The obtained aqueous solution was transferred into a glove bag in a state in which it was contained in a three-necked glass flask so as not to come into contact with the air, and after the carbon dioxide concentration in the glove bag became 1 ppm or less, it was transferred into a 1 L PFA container.
二酸化炭素濃度が1ppm以下となっているグローブバッグ中で、得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液薬液30mLをPFA製容器に注ぎ、上述の「pH測定方法」を用いて製造直後のpHと、上述の「有効塩素濃度および次亜塩素酸イオン濃度の算出方法」を用いて製造直後の有効塩素濃度を測定した。得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液のpHは13.0、有効塩素濃度は2.18質量%であった。 In a glove bag where the carbon dioxide concentration was 1 ppm or less, 30 mL of the obtained tetramethylammonium hypochlorite solution was poured into a PFA container, and the pH immediately after production was measured using the above-mentioned "pH measurement method," and the effective chlorine concentration immediately after production was measured using the above-mentioned "calculation method for effective chlorine concentration and hypochlorite ion concentration." The pH of the obtained tetramethylammonium hypochlorite solution was 13.0, and the effective chlorine concentration was 2.18 mass%.
<保存安定性の評価方法2>
次いで二酸化炭素濃度1ppm以下、保存温度23℃の環境下で、pH13.0で30日間保存した次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液中の、pHと有効塩素濃度を評価したところ、pHは13.0、有効塩素濃度は2.18質量%となっており、経時変化していないことを確認した。
<Evaluation method 2 for storage stability>
Next, the pH and available chlorine concentration of a tetramethylammonium hypochlorite solution stored for 30 days at pH 13.0 in an environment with a carbon dioxide concentration of 1 ppm or less and a storage temperature of 23°C were evaluated. The pH was 13.0 and the available chlorine concentration was 2.18 mass%, confirming that there was no change over time.
35質量%の半導体用高純度塩酸(関東化学社製、高純度試薬ウルトラピュアHCl)8.8mLを、製造直後、及び保存30日間経過後の次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液に添加し、撹拌して、それぞれpH9.5となるように希釈した。 8.8 mL of 35% by mass high-purity hydrochloric acid for semiconductors (Kanto Chemical Co., Ltd., high-purity reagent Ultra Pure HCl) was added to the tetramethylammonium hypochlorite solution immediately after production and after 30 days of storage, and the solution was stirred and diluted to a pH of 9.5.
得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液の希釈後のpHを測定したところ、pH9.5であることが確認できた。また、有効塩素濃度を測定したところ、2.18質量%であり、希釈前後で変化していないことが確認できた。 The pH of the resulting tetramethylammonium hypochlorite solution after dilution was measured and confirmed to be pH 9.5. In addition, the available chlorine concentration was measured and confirmed to be 2.18% by mass, showing no change before and after dilution.
pH9.5になるよう希釈した次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液について、前述したルテニウムのエッチング速度の算出方法を用いてエッチング速度を評価したところ、100Å/分以上であることが分かった。 When the etching rate of a tetramethylammonium hypochlorite solution diluted to pH 9.5 was evaluated using the above-mentioned method for calculating the etching rate of ruthenium, it was found to be 100 Å/min or more.
<実施例22~27、比較例21、参考例>
実施例22~27、比較例21、参考例は、(A)水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液の質量濃度、(B)TMAH溶液のpH、(F)希釈する溶液、(G)希釈する溶液の濃度、(H)希釈する溶液の添加量が表5に示した条件となるように変更した以外は、実施例21と同様の方法で調整し、評価を行った。ただし、保存30日経過後の次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液のpHが10以下であった場合は、該次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム水溶液の希釈を行わずに、ルテニウムのエッチング速度の算出方法を用いてエッチング速度を評価した。得られた結果を表6に示した。
<Examples 22 to 27, Comparative Example 21, Reference Example>
Examples 22 to 27, Comparative Example 21, and Reference Example were adjusted and evaluated in the same manner as in Example 21, except that (A) the mass concentration of the tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution, (B) the pH of the TMAH solution, (F) the solution to be diluted, (G) the concentration of the solution to be diluted, and (H) the amount of the solution to be diluted were changed to the conditions shown in Table 5. However, when the pH of the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution after 30 days of storage was 10 or less, the tetramethylammonium hypochlorite aqueous solution was not diluted, and the etching rate was evaluated using the calculation method for the etching rate of ruthenium. The results obtained are shown in Table 6.
<実施例28>
参考例と同様にして、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液を得た。得られた水溶液はガラス製三ツ口フラスコに入った状態で大気と接触しないようにグローブバッグ内に移し、グローブバッグ内の二酸化炭素濃度が1ppm以下になってから1LのPFA容器に移し替えた。
<Example 28>
A tetramethylammonium hypochlorite solution was obtained in the same manner as in Reference Example. The aqueous solution obtained was transferred into a glove bag in a state where it was contained in a three-neck glass flask so as not to come into contact with the air, and after the carbon dioxide concentration in the glove bag became 1 ppm or less, it was transferred into a 1 L PFA container.
グローブバッグ内で35質量%の半導体用高純度塩酸100mLを、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液1000gに添加し、撹拌した。上述の「pH測定方法」を用いてpHと、上述の「有効塩素濃度および次亜塩素酸イオン濃度の算出方法」を用いて有効塩素濃度を測定した。得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液のpHは13.0、有効塩素濃度は1.98質量%であった。 In a glove bag, 100 mL of 35% by mass high-purity hydrochloric acid for semiconductors was added to 1,000 g of tetramethylammonium hypochlorite solution and stirred. The pH was measured using the above-mentioned "pH measurement method" and the effective chlorine concentration was measured using the above-mentioned "calculation method for effective chlorine concentration and hypochlorite ion concentration". The pH of the resulting tetramethylammonium hypochlorite solution was 13.0, and the effective chlorine concentration was 1.98% by mass.
次いで二酸化炭素濃度1ppm以下、保存温度23℃の環境下で、pH13.0で30日間保存した次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液中の、pHと有効塩素濃度を評価したところ、pHは13.0、有効塩素濃度は1.98質量%となっており、経時変化していないことを確認した。 Then, the pH and available chlorine concentration of a tetramethylammonium hypochlorite solution stored for 30 days at pH 13.0 in an environment with a carbon dioxide concentration of 1 ppm or less and a storage temperature of 23°C were evaluated. The pH was 13.0 and the available chlorine concentration was 1.98 mass%, confirming that there was no change over time.
35質量%の半導体用高純度塩酸8.8mLを、次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液に添加し、撹拌した。 8.8 mL of 35% by mass high-purity hydrochloric acid for semiconductors was added to the tetramethylammonium hypochlorite solution and stirred.
得られた次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液の希釈後のpHを測定したところ、pH9.5であることが確認できた。また、有効塩素濃度を測定したところ、1.98質量%であり、希釈前後で変化していないことが確認できた。 The pH of the resulting tetramethylammonium hypochlorite solution after dilution was measured and confirmed to be pH 9.5. In addition, the available chlorine concentration was measured and confirmed to be 1.98% by mass, showing no change before and after dilution.
pH9.5になるよう希釈した次亜塩素酸テトラメチルアンモニウム溶液について、前述したルテニウムのエッチング速度の算出方法を用いてエッチング速度を評価したところ、100Å/分以上であることが分かった。 When the etching rate of a tetramethylammonium hypochlorite solution diluted to pH 9.5 was evaluated using the above-mentioned method for calculating the etching rate of ruthenium, it was found to be 100 Å/min or more.
10 氷水
11 三ツ口フラスコ
12 温度計保護管
13 熱電対
14 回転子
15 PFA製チューブ
16 ガス洗浄瓶
17 5質量%水酸化ナトリウム水溶液
18 流量計
19 ウォーターバス
21 ガラスビーカー
22 温度計保護管
23 熱電対
24 回転子
25 PFA製チューブ
26 流量計
27 ウォーターバス
28 氷水
31 反応装置
32 反応容器
33 水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液(反応前)
34 反応容器の内面
35 温度計
36 攪拌モーター
37 撹拌棒
38 撹拌羽
39 塩素ガス供給管
40 ガス導入管
41 窒素ガス供給管
42 反応液移送管
43 ポンプ
44 濾過フィルター
45 反応液返送管
46 塩素ガス排出管
47 塩素ガストラップ
48 反応浴
49 ハーフジョイント
REFERENCE SIGNS
34 Inner surface of
Claims (8)
水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液を準備する準備工程と
前記水酸化第4級アルキルアンモニウム溶液と、塩素を接触させる反応工程とを含んでなり、
反応工程における液相部のpHが、10.5以上14未満である、
次亜塩素酸第4級アルキルアンモニウム溶液の製造方法。 A method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution, comprising the steps of:
The method includes the steps of: preparing a quaternary alkyl ammonium hydroxide solution; and contacting the quaternary alkyl ammonium hydroxide solution with chlorine.
The pH of the liquid phase in the reaction step is 10.5 or more and less than 14.
A method for producing a quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution.
The method according to claim 7, wherein the pH of the quaternary alkyl ammonium hypochlorite solution to be filtered at 25°C is 13.5 or less.
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